Dossier de sélection pour le concours externe
d’ingénieurs-élèves des Mines - Session 2023
candidat
ALECIAN Marc
Le présent dossier synthétise quelques uns des travaux réalisés pendant ma scolarité en
tant qu’élève de l’École Normale Supérieure Paris-Saclay, au sein du département de Gé-
nie Civil et Environnemental. Il est organisé par ordre chronologique et contient ainsi des
travaux produits entre septembre 2018 et septembre 2021.
J’ai pensé mon parcours pour comprendre les modifications nécessaires pour mener à bien
le développement économique et soutenable de mon pays. Les secteurs sur lesquels je me
suis concentré sont ceux de la construction, de l’énergie, des transports et des méthodes
numériques appliquées à ces domaines.
Ce dossier vise donc à retracer le cheminement de ma pensée, d’abord concentrée sur le
Génie Civil puis s’élargissant aux problématiques d’énergie, de transports et de méthodes
numériques. Il est organisé en chapitres, chacun correspondant à un travail (mémoire, ar-
ticle ou synthèse), et au début duquel figure un court résumé du travail et de ses objectifs.
Soutenance à l’École des Mines ParisTech le Jeudi 11 mai 2023
MINES ParisTech - 60 boulevard Saint-Michel, 75272 Paris cedex 06
Table des matières
Table des matières i
1 Invasion des plantes dans le bâtiment depuis 1900 1
2 Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents ser-
vices de l’État en Eure-et-Loir 37
3 Analyse de sensibilité et simulation thermique dynamique sur les bâtiments
de gare 83
4 Modélisation de flux piétons en gare 93
5 Étude sur le vélo dans le Grand Paris : Quelles adaptations face à l’évolution
des pratiques de déplacement en Île-de-France? 125
6 Prévisions des parts de marché du véhicule électrique en France 131
7 La pluridisciplinarité dans la démarche de conception mise à l’épreuve par
l’intromission des expertises 159
8 Calcul des facteurs de forme entre polygones - Applications à la thermique
urbaine et aux études de confort 197
ii Table des matières
1.
Invasion des plantes dans le bâtiment
depuis 1900
Dans le cadre de ma première année au sein du département de sciences de l’ingénieur de
l’ENS Paris-Saclay j’ai eu, sur un thème imposé, à réaliser un état de l’art, un mémoire et
à présenter une courte leçon. Cette ressource présente quelques points historiques de ce
dernier siècle de l’inspiration du monde végétal dans l’ornementation architecturale puis
s’attarde sur l’influence des plantes dans un contexte de développement soutenable, avec
un point particulier sur les toitures végétales, enfin les trois niveaux du biomimétisme sont
présentés.
Finalement, ce travail a bénéficié d’une publication sur le site des ressources
en sciences et techniques industrielles du Ministère de l’Éducation Nationale,
https://eduscol.education.fr/sti/si-ens-paris-saclay/
Sommaire
1 Une histoire bien enracinée! ........................ 2
2 Plantes et Bâtiment : architecture ..................... 4
3 Plantes et Conception : énergie ....................... 10
4 Plantes et Biomimétisme : structure .................... 26
5 Conclusion - Ouverture ........................... 33
6 Table des symboles .............................. 34
7 Sources .................................... 34
2 Invasion des plantes dans le bâtiment depuis 1900
1 Une histoire bien enracinée!
Le musée du quai Branly - Jacques Chirac, les cathédrales, le Castel Béranger à Paris,
la gare de Rennes ... Tous ces édifices, qu’ils soient séparés de plusieurs siècles, gothiques
ou contemporains, en acier ou en béton ont tous un point commun. En effet, dans tous ces
bâtiments les plantes ont laissé leur trace via des rosaces, un mur végétalisé, un bow-
window art Nouveau ou encore des poteaux bio-mimétiques.
Le but de cette leçon n’est pas de dresser une liste exhaustive ou bien un catalogue des
différents courants architecturaux qui ont puisé leur inspiration dans le monde végétal.
Nous essayerons plutôt d’observer avec un regard critique comment sur le dernier siècle
les plantes se sont littéralement, petit à petit, enracinées dans les édifices pour les mar-
quer durablement de différentes manières. En réalité, l’usage des plantes en architecture
est souvent révélateur de tout un état d’esprit d’une époque.
A la fin du XIXeme siècle lorsque Eugène Viollet-le-Duc étudie la manière à laquelle les
artisans gothiques s’inspiraient du monde vivant, il cherche avant tout à définir une mé-
thode scientifique pour la rénovation des édifices semblable à l’organicisme. Les grands
architectes du courant qui s’appellera l’Art Nouveau vont eux reprendre ce travail dans
le but de définir une toute nouvelle esthétique de bâtiment, abondante et inégalée. Les
plantes, en façades ou en intérieur, ne sont alors qu’apposées sur les bâtiments.
A la fin du XXeme siècle, lorsque l’on commence à comprendre l’influence de l’activité
humaine sur le dérèglement climatique et la dégradation de l’environnement, les plantes
vont être employées pour tenter de diminuer cet impact. Que ce soit dans les bétons bio-
sourcés ou bien sur les surfaces végétalisées, le nouveau but est de concilier plantes et
optimisation énergétique. Les plantes commencent alors à vraiment prendre racines litté-
ralement dans nos bâtiments.
Aujourd’hui, le temps est à la quête du paradis urbain. Encore une fois les plantes s’im-
posent d’elles mêmes comme source intarissable d’inspiration. On imagine par exemple
des structures bio-mimétiques et lorsque certains parlent de Smart City, d’autres préfèrent
envisager une Vegetal City les plantes deviennent alors une struture à part entière...
Une histoire bien enracinée! 3
FIGURE 1.1 À Meghalaya, dans le East Khasi Hills, un groupe d’enfants traverse un
pont racine vivant. Crédits : Giulio Di Sturco
4 Invasion des plantes dans le bâtiment depuis 1900
2 Plantes et Bâtiment : architecture
2.1 Eugène Viollet-le-Duc; penser la modernité
FIGURE 1.2 Eugène
Viollet-le-Duc
Eugène Emmanuel Viollet-le-Duc ( 1814-1879) est un auteur
prolixe, restaurateur infatiguable et théoricien passionné de l’ar-
chitecture. Il est souvent vu comme un des plus grands archéo-
logue français de l’ architecture médiévale ainsi qu’un fameux
théoricien des antécédents de la modernité. Il inspira Guimard,
Horta, Sullivan ou encore Frank Lloyd Wright. Nous nous inté-
resserons dans la suite au personnage de théoricien qu’il a été.
Nous verrons que son travail et sa pensée ont sensiblement ré-
sumé tout un siècle et inspiré tout une génération d’architecte.
En tant qu’archéologue et théoricien, la philosophie de
Viollet-le-Duc est celle de l’organicisme 1. Viollet-le-Duc s’est
effectivement formé une méthodologie en archéologie en empruntant aux sciences na-
turelles. Ainsi il fait un parallèle entre paléontologue et archéologue. Tout comme le
paléontologue reconstitue un animal pré-historique, un archéologue restaure un édifice.
Avec sa méthodologie, Viollet-le-Duc se donne pour mission de redonner une cohérence
historique, formelle et structurelle à un édifice. Pour cela, il faut comprendre la logique
interne de l’objet.
Georges Cuvier ( 1763-1832), célèbre anatomiste français, suggère un principe de "cor-
rélation d’organes" et de "subordination des caractères" au sein même de l’organisme.
Viollet-le-Duc voit dans l’édifice gothique le même principe. Il y a une logique absolue,
la forme de chaque élément découle de sa place dans la structure. Cette forme ne peut être
autrement car elle est l’expression exacte de sa fonction. L’architecte français va alors
transposer ces lois à l’architecture de son temps. Il va imaginer l’architecture comme
une démonstration; la volumétrie, l’alternance des vides et des pleins, le jeu d’ombres
et de lumières ... tout cela découle d’une logique constructive et l’exprime. On "lit" un
bâtiment.
Pour ce qui est du décor, Viollet-le-Duc s’inspire encore une fois des artistes gothiques.
Effectivement, ceux-ci s’inspirent de la flore. Ils mènent un remarquable travail d’obser-
vation à l’image des scientifiques et cherchent surtout à comprendre les principes qui
1. L’imaginaire scientifique de Viollet-le-Duc, Laurent Bauridon, L’Harmattan
Plantes et Bâtiment : architecture 5
régissent la vie des plantes. Les formes naturelles sont belles car elles sont logiquement
déduites de leur fonction. En architecture, la forme d’une pièce et déduites de sa place
dans l’édifice. Hector Guimard, chez qui l’élément décoratif d’origine végétal se confond
avec le structurel est tout à fait représentatif de cette influence de l’analyse de la flore sur
l’architecture.
2.2 Hector-Guimard; réinventer la fonte
FIGURE 1.3 Hector
Guimard
L’architecte parisien Hector Guimard est à Lyon en 1867.
Venu enfant à Paris, il suit les cours de l’École nationale des
Arts Décoratifs à partir de 1882, puis ceux de l’École des
Beaux-Arts à partir de 1885. Guimard réalisera dès ses pre-
mières oeuvres ce que Viollet-le-Duc n’a fait que penser ; l’uti-
lisation audacieuse du métal dans la construction. Cette audace
peut d’ailleurs très bien s’illustrer avec l’Ecole du Sacré-Coeur,
édifiée en 1895. On a présenté dans les 3 figures suivantes un
plan de façade de cette école, ainsi que 2 photos représentant
l’utilisation de la fonte pour les piliers en V ( idée évoquée par
Viollet-le-Duc). Ces piliers fonctionnent à la manière de pilo-
tis et ont permis d’introduire un préau dans un espace restreint. On peut aussi remarquer
qu’ils sont stylisés et annonce l’Art Nouveau à Paris. Guimard en sera l’un des premiers
représentants.
6 Invasion des plantes dans le bâtiment depuis 1900
FIGURE 1.4 Plan de la façade de l’Ecole du Sacré-Coeur
FIGURE 1.5 Pilier style Art Nou-
veau
FIGURE 1.6 L’idée novatrice; des piliers
en V
Par la suite, Guimard va tenter de développer sa propre architecture qui se résume dans
l’idée suivante; créer un environnement domestique et urbain entièrement soumis au "
style guimard". Le but étant, avec un décor abondant et homogène, d’immerger totale-
ment le spectateur dans un univers architectural tous les éléments se répondent entre
eux. Les problèmes évidents soulevés par une telle entreprise sont le coût élevé, la dif-
ficulté de mise en oeuvre et la longueur d’un chantier. Pour remédier à cela Guimard
décide - toujours en utilisant la fonte comme matériau principal - par exemple de ne faire
d’abord que de la transformation de produits en fonte finis ou bien encore d’opter pour
un même motif sur différents supports. A l’époque, le travail de la fonte est bien connu,
Plantes et Bâtiment : architecture 7
si bien connu que la mode est à l’imitation du fer forgé. Guimard en partenariat avec la
fonderie Saint-Dizier notamment va petit à petit développer un incroyable catalogue de
fontes d’ornement moulées en série. Le processus est beaucoup moins cher, il permet de
s’affranchir du travail d’artisans spécialisés et il évite surtout d’altérer les dessins de Gui-
mard. Avec un catalogue de fonte si florissant, Guimard tente notamment à ce que ces
confrères architectes puissent aussi s’équiper des fontes "style Guimard" 2. La fonte d’or-
nement selon Guimard va donc hausser à un haut niveau artistique inégalé l’équipement
des bâtiments.
On a présenté dans les figures ci-dessous un corpus de fontes Guimard représentant
assez bien la diversité des mobiliers équipés.
FIGURE 1.7 Porte du Cas-
tel Béranger FIGURE 1.8 balcon
FIGURE 1.9 Détail de la
marquise d’une station de métro
2. Les fontes d’ornement d’Hector Guimard : tentative de démocratisation par l’industrialisation d’une
esthétique personnelle, Frédéric Descouturelle
8 Invasion des plantes dans le bâtiment depuis 1900
FIGURE 1.10
Cheminée
FIGURE 1.11
Console de Solive FIGURE 1.12 Console de linteau
Plantes et Bâtiment : architecture 9
Bien entendu, l’édicule le plus représentatif du style Guimard se touve à Paris ...
FIGURE 1.13 Dessin d’une station de Métropolitain - vue de face
FIGURE 1.14 Dessin d’une station de Métropolitain - vue de trois quart
10 Invasion des plantes dans le bâtiment depuis 1900
3 Plantes et Conception : énergie
Après avoir vu l’influence des plantes et de leur structure sur la manière de penser l’ar-
chitecture et sur l’architecture elle-même, et après avoir constaté leur "fixation" sur les bâ-
timents, nous allons maintenant voir leur "entrée" dans les matériaux de constructuction.
Effectivement les plantes s’avèrent être un enjeu social, environnemental et économique
important lorsqu’il s’agit de penser à la construction via le prisme du développement du-
rable. La phrase suivante souligne par ailleurs l’urgence sous-jacente à l’implémentation
de nouvelles techniques de construction.
"Aucun des problèmes majeurs soulevés dans "Notre futur commun" ne connaît de
prévisions d’évolution favorables" 3.Notre futur commun est le texte qui a été émis suite à
la commision Bruntland de 1987. Ce texte définit notamment la notion de développement
durable.
3.1 Contexte historique et économique
Le secteur du bâtiment ( résidentiel et tertiaire ) doit faire face à d’importants enjeux
en terme de réduction des gazs à effet de serre -GES-. Par exemple en 2007, le parc
résidentiel et tertiaire rejeta 18% des emissions totales de GES au niveau français.
Ou encore en 2008, ce même parc consomma 43.4 % de l’énergie électrique finale 4-
énergie directement utilisable-. Il faut effectivement garde en tête que les activités liées au
bâtiment constituent la plus grosse consommation de ressources naturelles et contribuent
grandement à la production de déchets ( 343 millions de tonnes en France en 2004). Les
Objectifs du bâtiment sont multiples et peuvent se résumer dans les graphes suivants.
3. Programme des Nations Unies pour l’environnement [PNU 09]
4. Les bétons de Granulats d’origine végétale, Sofiane Amziane et Laurent Arnaud, Hermes Science
Plantes et Conception : énergie 11
FIGURE 1.15 Plan bâtiment du Grenelle de l’environnement concernant les consom-
mations énergétiques et les diminutions d’émissions de GES du secteur du bâtiment ( base
1990 ) a
aLes bétons de Granulats d’origine végétale, Sofiane Amziane et Laurent Arnaud, Hermes
Science
12 Invasion des plantes dans le bâtiment depuis 1900
Pour atteindre ces objectifs des normes et labels ont été créés. Une des normes des
plus connues est la norme HQE( Haute Qualité Environnementale ) qui a été créée par
l’association éponyme en 1996. L’association regoupe des professionnels du bâtiment, des
représentants des collectivités locales, des scientifiques, des associations de préservation
de l’environnement ou encore des organisations telles que l’Ademe ou le CSTB. La norme
est basée sur le volontariat et n’est donc pas une norme obligatoire. Elle se définie en 14
cibles qui sont toutes regroupées et détaillées dans le document en Annexe 1. Ces cibles
ont pour but de réduire la consommation de ressources naturelles et énergétiques en
améliorant les techniques de construction.
Depuis, d’autres labels ont vu le jour comme le label E+C- ( énergie positive réduction
carbone ) en 2016. Celui-ci vise à diminuer l’apport en énergie fossile et d’augmenter
l’apport en énergie renouvelable. Il concerne tous les types de bâtiment et lui non plus
n’est pas obligatoire.
Certaines villes ont par ailleurs leur législation propre et décident d’introduire le co-
efficient de biotope. Ce coefficient désigne la part d’une part parcelle aménagée ou à
aménager qui sera définitivement consacré à la nature. Cette pratique a déjà adoptée en
Europe du Nord et commence à être développée à Paris 5.
Une nouvelle fois les plantes vont influencer la conception des bâtiments, cette fois-ci
non pas sur son esthétique mais sur ses performances énergétiques.
3.2 Surfaces végétalisées
Les plantes respirent et transpirent, on le sait. Ces organismes constituent un atout
majeur pour un bâtiment lorsqu’il s’agit de résistance thermique ou encore d’isolation
acoustique. C’est donc naturellement qu’est venu l’idée d’en parer les bâtiments, aussi
bien les murs que les toitures. Nous nous concentrerons ici sur les toitures.
3.2.1 Différents types de végétalisation
On distingue trois types de végétalisation; extensive, semi-intensive, inensive. On a com-
paré les trois dans le tableau suivant.
5. voir Annexe 2
Plantes et Conception : énergie 13
Type de toiture Extensive Semi-Intensive Intensive
Arrosage Non Oui Oui
Substrat Léger Léger Terre
Epaisseur du complexe 4 à 15cm 12 à 30cm >30cm
Charge totale 60 à 180 daN.m2150 à 350 daN.m2>600 daN.m2
Pente maximale 20% 20% 5%
Document de référence Règle de la CSFE 6Règle de la CSFE DTU 743.1
Type de culture Légère Légère Horticole
TABLE 1.1 Les différents type de toitures végétales et leurs caractéristiques
FIGURE 1.16 Culture
Extensive
FIGURE 1.17 Culture
Semi-Intensive
FIGURE 1.18 Culture
Intensive
Ce qui va changer d’une toiture à l’autre sera donc essentiellement le type de plantes
cultivées et le substrat ainis que le complexe de culture seront adaptés en fonction. Plus
l’on veut de grandes plantes, et donc des racines en profondeur, plus il faudra un substrat
épais.
6. Chambre Syndicale française de l’étanchéité
7. Document technique unifié
14 Invasion des plantes dans le bâtiment depuis 1900
3.2.2 Composition des toitures
FIGURE 1.19 Compositions des différents types de toitures
Il faut noter qu’un nouveau de type de toiture dite "inversée" voit le jour. Dans ce type de
toiture, étanchéité et isolant sont inversés. Ceci permet notament de maintenir la couche
d’étancheité à un faible gradient de température et ainsi d’éviter la condensation au
niveau de cette couche.
Plantes et Conception : énergie 15
3.2.3 Avantages des toitures vertes
Les toitures végétlisées présentent de nombreux avantages. Ils peuvent être environne-
mentaux, économiques aussi bien que socioculturel.
Avantages Environnementaux
Il s’agit sans doute des avantages les plus évidents. On peut y distinguer :
la gestion des eaux : la zone végétalisée agit comme un espace tampon. Une
part des eaux est filtrée et absorbée par cette zone via son substrat et sa couche
drainante. Ils permettent; de réduire et différer le ruissellement vers les égouts
ainsi que les risques d’inondation et d’érosion, de restituer une partie de l’eau
dans l’atmosphère grâce à l’évapotranspiration des plantes et à l’évaporation
du substrat. Par exemple la rétention des eaux de pluies est de; 20% pour une
habitation standard, 40 % pour une toiture extensive (mousse essentiellement) et
de 95 % pour un parc.
le renforcement de la biodiversité et des habitats pour la faune. En effet, la végé-
talisation va inévitablement constituer des habitats pour la faune telle que les
papillons, les insectes ... Cependant un réel impact des toitures sur la biodiversité
est à mettre en regard de la végétalisation globale environnante, une toiture verte
seule au milieu d’un ilôt de maisons en plein centre ville n’aura certainement pas
le même impact que tout un quartier équipé de toitures végétalisées.
l’Amélioration du microclimat local.Grâce au pouvoir absorbant du substrat et du
couvert végétal, les toitures vertes ne réfléchissent que très peu les rayons so-
laires et régulent la température de l’air ambiant. Elles contribuent ainsi à ré-
duire l’effet d’îlot thermique (dû notamment à la radiation de la chaleur emma-
gasinée par les constructions) qui engendre des températures plus élevées et une
hygrométrie de l’air plus faible.
16 Invasion des plantes dans le bâtiment depuis 1900
FIGURE 1.20 Comparaison entre la température (image supérieure - dégradé foncé/-
chaud vers clair/très chaud ) et la densité de végétalisation (image inférieure - dégradé
clair/végétation peu dense vers foncé/dense) dans l’État de New-York
Plantes et Conception : énergie 17
la Qualité de l’Air. Les végétaux agissent comme un filtre pour certaines
particules déposées par l’air. Les eaux de pluies vont ensuite par ruisselement
permettre d’évacuer ces particules. De plus les feuilles ont la capacité d’absorber
les métaux lourds; jusqu’à 95% pour le cadmium, le cuivre et le plomb, et 16%
pour le zinc.
la Régulation thermique. Les toitures vertes contribuent à la régulation thermique de
la toiture. Elles permettent de réduire la demande énergétique du bâtiment et/ou
d’augmenter le confort thermique en réduisant la surchauffe dans les locaux
qu’elle protège directement. La régulation thermique se fait surtout sentir en été
grâce à l’évapotranspiration des plantes qui permet de rafraîchir le climat local.
Cependant l’inertie d’une toiture verte de forte épaisseur ( substrat 20cm et drainage
10cm ) a un effet bénéfique en hiver aussi, CSTC NIT 229. Par ailleurs les calculs
sont souvent complexes car les résistances thermiques des différents composants de
la toiture varie en générale fortement avec l’humidité!
Avantages Economiques
L’investissement dans une toiture verte peut être vu comme un investissement rentable.
En effet :
l’Investissement de base dans une toiture verte est nécessairement plus élevé que
pour une toiture traditionnelle et dépend de beaucoup de paramètres ( accessibilité,
superficie, matériaux, systèmes, épaisseur du substrat ... ), dans tous les cas le
coût augmente avec l’épaisseur du substrat. Néanmoins cet investissement est à
mettre en regard de la réduction des coûts pour la climatisation du bâtiment,
la diminution des coûts d’entretien et de réparation réguliers de l’étanchéité
traditionnelle, économie du gravier de lestage de la toiture plate traditionnelle
le Coût d’Entretien augmente aussi avec l’épaisseur du substrat, mais on rappelle
que des économies sont faites au niveau de l’étanchéité. Par ailleurs, il faut noter
que la toitrue extensive ne nécessite quasiment pas d’entretien.
Avantages Socio-culturels
Enfin on peut noter les différents impact indirects suivants :
18 Invasion des plantes dans le bâtiment depuis 1900
Santé et psychosensoriel la création de ces espaces verts constitue un contact avec
la nature, améliorant ainsi la qualité de vie et participant au sentiment de bien-être.
Confort Visuel les surfaces végétalisées contribuent réellement à l’esthétique des
bâtiments et îlots en réduisant l’impact visuel de parkings ou encore de grandes
surfaces.
Gestion Collective la gestion d’une toiture végétalisée peut être l’occasion
d’échange notamment dans les écoles ou les logements collectifs. Cette gestion
peut prendre la forme d’un projet unissant les habitants ou les usagers.
Plantes et Conception : énergie 19
3.3 Un exemple de calcul
Nous considérons dans l’exemple qui suit une toiture terrasse avec des espaces chauffés
en dessous. Dans le premier cas la toiture sera considérée non-végétalisée à isolation ex-
térieure et dans le second nous consiérerons une végétalisation extensive. Efnin, pour se
rapprocher un peu plus de la réalité, nous estimerons la température de surface du parterre
humide grâce à la formule dite de Rohwer.
Pour tous les calculs nous considérerons la toiture représentée par la vue en coupe ( plan-
cher haut) suivante :
FIGURE 1.21 Vue en coupe - plancher haut
La dalle a une épaisseur ed=20cm.
20 Invasion des plantes dans le bâtiment depuis 1900
3.3.1 Toiture non-végétalisée
Les jonctions entre murs et plancher haut vont générer des ponts thermiques linéiques,
nous allons en considérer deux sortes :
un pont thermique linéique 8généré par les murs porteurs et valant
Ψp= 0.93W.m1.K1
FIGURE 1.22
un pont thermique linéique généré par les cloisons et valant Ψm= 0.02W.m1.K1
FIGURE 1.23
On a les données suivantes :
dalle en béton armé ed= 20cm,λ= 2.40W.m1.K1
laine de roche de classe RA1 ed= 12cm,λ= 0.017W.m1.K1
mur porteur en béton armé ed= 30cm,λ= 2.40W.m1.K1
Température intérieure Tint = 20C
Température extérieure Text = 13C(température moyenne en France métropoli-
taine)
Rsi = 0.10K.m2.W 1
Rse = 0.04K.m2.W 1
8. tous les symboles ainsi que les grandeurs qu’ils représentent et leurs unités sont regroupés dans la
Table des symboles section 6
Plantes et Conception : énergie 21
On rappelle quelques formules :
Ue=1
Rsi +Rse + Σiei
λi
W.m2.K1(1.1)
Hs= ΣjUj.Aj+ ΣkΨk.LkW.K1(1.2)
D=HsTW (1.3)
Les cloisons internes ont une longueur totale l= 26m, le périmètre vaut quant à lui
L= 40m.
On a donc :
Σiei
λi=0,2
2,4+0,12
0,017 = 7,14m2.K.W 1
ΣkΨk.Lk= 0,02.26 + 0,93.40 = 37,72W.K1
U= 0,137W.m2.K1
On trouve donc un déperdition thermique valant :
Dnorm 361W
3.3.2 Toiture végétalisée
Dans ce calcul nous garderons les mêmes géométries de plancher, le même gradient de
température, la même isolation. On rappelle les différentes couches composant une toiture
végétalisée dans la Figure 1.24 :
22 Invasion des plantes dans le bâtiment depuis 1900
FIGURE 1.24 Les couches composant une toiture végétale
On a les données suivantes (CSTC) :
Substrat esub = 0.08m,λ= 2W.m1.K1
Drainage ed= 0.02m,λ= 2W.m1.K1
Etanchéité ee= 0.004m,λ= 0.23W.m1.K1
Laine de roche de classe RA1 eiso = 12cm,λ= 0.017W.m1.K1
Pare-Vapeur ep= 0.06m,λ= 0.17W.m1.K1
Support en béton esup = 0.15m,λ= 1.7W.m1.K1
On a dans ce cas :
Σiei
λi= 7.57m2.K.W 1
U= 0,130W.m2.K1
ΣkΨklk= 37,72W.K1Règles Th-bat Ponts thermiques 2017, tr-batiment.fr
Ici on trouve une déperdition thermique valant :
Dvert = 356W
3.3.3 Prise en compte de l’évaporation de l’eau retenue
La prise en compte de l’évaporation de l’eau retenue par les plantes semble assez impor-
tante a priori pour ne pas être négligée. Effectivement, les plantes refroidissent le climat
Plantes et Conception : énergie 23
de leur environnement proche.
Sur une toiture verte, les plantes vont avoir tendance à retenir les eaux (jusqu’à 90% de
rétention pour une toiture intensive). On peut donc considérer que dès lors qu’il pleut la
toiture se transforme en une grande surface (que l’on va considérer plane en première ap-
proximation) totalement imbibée d’eau. Cette eau en s’évaporant va donc naturellement
refroidir le climat local, c’est le principe du refroidissement par évaporation. Donc le
gradient thermique auquel est soumis la toiture va inévitablement augmenter.
On commence par faire un bilan thermique à l’interface toiture/air ambiant. On considère
le flux entrant suivant :
Φentrant =Tair T
R(1.4)
avec R la résistance thermique de l’interface.
On considère le flux sortant suivant :
Φsortant =mevaphevap (1.5)
avec mvap la masse d’eau évaporée par seconde et hvap la chaleur latente massique de
vaporisation
Maintenant un bilan thermique nous donne, en notant C la capacité calorifique :
CdT = entrant Φsortant)dt (1.6)
D’où l’équation différentielle :
dT
dt +1
RC T=1
RC Tair 1
Cmevaphevap (1.7)
La résolution donne alors :
T(t) = Tair +mevaphevapR(exp t
RC 1) (1.8)
On voit donc qu’en régime permanent :
T() = Tair mevaphevapR(1.9)
Nous allons ici nous appuyer sur la formule de Rohwer. Cette formule nous permet de
24 Invasion des plantes dans le bâtiment depuis 1900
remonter au taux d’évaporation (en mm/jour) d’eau d’une surface imbibée. Cette formule
s’écrit :
E= 0,484 ×(1 + 0,6×u)×(pspe)(1.10)
On en déduit :
mevap =E×S×ρ×103
86400 (1.11)
Nous allons nous placer en régime permanent. On prend :
R=Rse
S= 4 ×104K.W 1
Text = 13C
Tint = 20C
hevap = 2454.103J.kg1
ps= 1497P a
pe= 600P a
u= 5m.s1
Avec ces données on trouve mainenant :
Tprox = 11.5
Avec ce nouveau gradient themique on obtient une déperdition valant :
D
vert = 438W
On voit donc bien qu’en prenant en compte l’abaissmeent de température à l’éva-
poration de l’eau du plancher végétalisé les déperditions thermiques sont tout de suite
significativement plus élevées.
Mais regardons une situation en phase estivale, on a alors :
Text = 35C
Tint = 20C
Plantes et Conception : énergie 25
hevap = 2257.103J.kg1
ps= 5622P a
pe= 2811P a
u= 5m.s1
On a dans ce cas :
mevap = 6,3g.s1
Tplacnher = 29,3C
Et il vient alors :
Dnorm 823W
Dvert 507W
On voit donc tout l’intérêt que révèle un toit végétalisé en été. Celui-ci réduit de plus d’un
tiers les déperditions thermiques! Il faut par ailleurs noter le fait qu’en général les toitures
plates en béton sont très souvent source d’une surchauffe. La différence de température
imposée par une toiture standard est donc en réalité plus élevée que (Text Tint).
26 Invasion des plantes dans le bâtiment depuis 1900
4 Plantes et Biomimétisme : structure
Nous avons donc pu voir deux différents stades de l’invasion des plantes dans le bâti-
ment; d’abord aposées en façades via des décors en fontes, inspirant aussi les gardes corps
de balcons et les bow-window Art-Nouveau, puis s’insérant dans le bâtiment en poussant
sur les façades et les toits, ou encore remplaçant tout ou partie des granulats minéraux
dans les bétons bio-sourcés...
Nous allons maintenant à l’ultime étape de cette invasion, quand le monde du vivant ins-
pire l’architecture; le bio-mimétisme. Le terme biomimétisme apparait dès 1980 et fut
vulgarisé par la biologiste et environnementaliste Janine Benyus, l’auteur de l’ouvrage
Biomimicry : Innovation Inspired by Nature 9.
4.1 Architecture Biomimétique
L’architecture biomimétique ne doit pas être confondue avec l’architecture bionique ou
encore l’architecture biomorphique. Tous ces termes peuvent être par ailleurs regroupés
sous le terme de bio-inspiration.
L’architecture biomorphique est l’architecture dont les formes sont influencées par les
formes organiques des végétaux, du corps humain ou des animaux. Elle inclut donc l’Art
Nouveau.
L’architecture bionique dont le but est la synthèse de la nature dans technologies construc-
tives modernes et qui débouche sur de nouvelles formes efficaces au point de vue tant
fonctionnel qu’esthétique. Cette architecture ne tient donc pas compte du développement
durable.
L’architecture biomimétique tente elle de développer des "relations de synergies entre le
construit et son environnement" 10. La notion de développement durable est donc au coeur
de cette architecture
La démarche associée à cette dernière architecture est double 11. On distingue la démarche
qui part du problème rencontré par l’humain et qui analyse comment la nature et les orga-
nismes résolvent ce problème, c’est la démarche orientée problème. Puis on distingue
la démarche qui analyse les mécanismes mis en jeu dans la nature et qui regarde ensuite
quels problèmes pourraient être résolus grâce à ces mécanismes, il s’agit de la démarche
9. Les Cahiers de la recherche architecturale urbaine et paysagère, 1, 2018
10. 9
11. Speck et Speck, 2008 ;Helms et al., 2009
Plantes et Biomimétisme : structure 27
orientée solution.
4.2 Les trois niveaux du bio-mimétisme
Il existe trois différents niveaux dans la conception architecturale bio-mimétique; la
niveau organisme, le niveau comportement et le niveau comportement écosystème 12.
Ces trois niveaux se définissent comme suit :
le niveau organisme s’inspire d’un être et peut impliquer d’imiter une partie de
l’organisme ou du tout;
le niveau comportement tente de traduire le comportement de l’organisme d’un
être;
le niveau écosystème a pour but d’imiter tout un écosystème entier ainsi que les
principes qui le rendent viable.
Enfin dans chacune de ces catégories existent encore cinq dimensions traduisant la dé-
marche de réflexion; la forme, le matériau, la construction, le processus et la fonction.
On comprend donc que les animaux ainsi que les plantes, en tant qu’organisme à part
entière, vont être au coeur de la démarche architecturale bio-mimétique.
4.3 Exemples de chaque niveau
Le niveau organisme est celui qui s’inscrit le plus naturellement dans la suite de ce
document. Effectivement il s’agit d’un biomimétisme de forme et de surface. L’inspira-
tion vient directement des formes observées dans la nature. Quelle différence avec l’Art
Nouveau?
Mis à part l’inspiration il n’y a aucun rapport. En effet il ne faut pas oublier que la dé-
marche architecturale bio-mimétique tente de résoudre des problèmes de manière ingé-
nieuse. A aucun moment l’Art Nouveau ne tente de résoudre un problème, si ce n’est
esthétique. Il s’agit réellement d’un nouveau stade de l’architecture.
L’imitation de l’organisme peut se voir immédiatement dans les deux exemples qui
suivent. Les deux exemples se trouvent à Singapour. Le premier est celui de l’Espla-
nade Theatre de DP Architects et Michael Wilford. La couverture de la structure s’inspire
12. Zari, 2007
28 Invasion des plantes dans le bâtiment depuis 1900
directement de la peau du Durian, un fruit. Elle est composée de panneaux d’aluminium
qui filtrent la lumière du soleil et changent de direction avec le soleil. Cette conception
biomimétique réduit de 30 % l’énergie totale consommée dans le bâtiment et de 55 %
l’utilisation de l’éclairage artificiel.
FIGURE 1.25 Vue intérieure de l’Espla-
nade
FIGURE 1.26 Vue extérieure de l’Espla-
nade
FIGURE 1.27 Un Durian
Plantes et Biomimétisme : structure 29
Un autre exemple encore très impressionnant du niveau organisme de l’architecture bio-
mimétique est celui du ArtScience Museum de Singapour. Dans ce cas l’inspiration vient
de la fleur de Lotus. L’arrangement particulier des pétales qui compose le bâtiment permet
de récupérer l’eau de pluie afin de la recycler et laisse entrer la lumière naturelle dans
plusieurs directions diminuant ainsi l’usage de l’éclairage artificiel.
Au vu de la complexité de la structure métallique, le BIM a été utilisé par le bureau
d’étude Yongnam basé à Singapour. Celui-ci a pu ainsi dessiner 5000 pièces d’acier ainsi
que les élévations qui ont permis que les différents pétales s’ajustent parfaitement.
FIGURE 1.28 ArtScience Museum en
phase construction
FIGURE 1.29 ArtScience Museum ter-
miné
FIGURE 1.30 Fleur de Lotus
30 Invasion des plantes dans le bâtiment depuis 1900
Le niveau comportement est un biomimétisme de processus ou de fonction. La nature
est observée et on analyse comment elle réalise une fonction pour l’imiter par la suite. Un
très bel exemple est celui de l’Estgate Building à Harare au Zimbabwe, réalisé par l’ar-
chitecte Mick Pearce. Pour ce bâtiment l’architecte s’est inspirée de la thermorégulation
des thermitières. Ce système de ventilation passive permet de diminuer considérablement
les consommations d’énergie. Une étude comparative menée avec six autres bâtiments a
montré que l’Eastgate Building utilise 35 % moins d’énergie qu’un bâtiment convention-
nel avec air conditionné, soit une économie estimée à environ 3,5 millions de dollars sur
cinq ans 13.
FIGURE 1.31 Schema de fonctionne-
ment
FIGURE 1.32 Vue en coupe d’une
thermitiere
FIGURE 1.33 EastGate Building
13. Levillain et Thebaud, 2016
Plantes et Biomimétisme : structure 31
Le niveau écosystème correspond tend à une conception englobant toute une ville, tout
un "écosystème" de bâtiment. Le but est de comprendre les interactions entre certaines
espèces et leur environnement qui produisent un système stable et durable.
Le projet Kalundborg Symbiosis est le parfait exemple de cet ultime niveau de biomimé-
tisme. Il s’agit d’un partenriat entre 9 entreprises, publiques et privées. Elles ont déve-
loppé ensemble au Danemark depuis 1972, le premier projet de symbiose industrielle et
de production circulaire. Le principe est simple; les déchets d’un entreprise deviennent
les ressources d’une autre. Il y a donc des avantages économiques et environnementaux
évidents 14.
La figure suivante représente les différents flux d’énergie (rouge), d’eau (bleu) et de ma-
tériaux (verts) entre les entreprises.
FIGURE 1.34 le projet Kalundborg Symbiosis
Le biomimétisme est donc un moyen d’accroître la durabilité d’un projet et de limiter son
impact sur l’environnement. Les stratégies que la nature nous offre à observer et analyser
sont des stratégies qui ne peuvent être que bénéfiques à la conception architecturale.
14. symbiosis.dk
32 Invasion des plantes dans le bâtiment depuis 1900
4.4 A l’interface entre biologie et architecture
D’après ce qui précède nous voyons apparaître un lien fort et étroit entre l’architecture
et la biologie, il y a une forte interdisciplinarité mise en jeu lors de la conception de projets
bio-mimétiques. Tout le problème de cette conception est donc de savoir comment passer
d’une discipline à une autre de manière ingénieuse. Effectivement, on ne peut pas directe-
ment copier la nature. Il doit y avoir en amont de la conception tout un travail d’extraction,
d’analyse et d’abstraction. C’est ce travail qui implique l’interdisciplinarité nécessaire au
bon déroulement de la conception. Natchtigall définit l’approche du biomimétisme pour
l’architecture et le design comme un processus en trois étapes : Recherche, Abstraction,
Implémentation 15. De ce processus cognitif émergent deux difficultés majeures pour l’ar-
chitecte qui sont 16 :
Que regarder dans la nature?
Comment interpréter les processus de la nature en tâche de conception?
Pour répondre à ces question il est alors possible d’adopter deux points de vus différents.
Un point de vue indirect l’architecte réutilise des outils et travaux biomimétiques sou-
vent issus de l’informatique. Le parfait exemple est celui du Physarum Solver. Ce solver a
été implémenté en observant une moisissure intelligente capable de trouver les plus courts
chemins pour trouver de la nourriture, le Physarum Polycephal. L’algorithme permet de
créer maintenant des réseaux de transports et de distributions optimisés.
Le deuxième point de vue, direct, fait appel à une collaboration entre architecte et biolo-
giste. Le but ici est de transposer des formes et procédés techniques naturels à des formes
et procédés techniques architecturaux lors de la conception. Par exemple l’architecte Lidia
Badarnah collabore avec des biologistes et des biophysiciens pour élaborer une méthodo-
logie et des outils biomimétiques en vue de concevoir des enveloppes bio-inspirées pour
l’architecture. Les travaux montrent que cette étroite collaboration a permis d’identifier
des convergences fonctionnelles pour différents défis environnementaux dans le bâtiment
et dans la nature. On comprend que ce processus peut être fructifiant mais son inconvé-
nient majeur est de nécessiter une longue maturation, du fait même de la collaboration
impliquée.
A bien des égards l’architecture bio-mimétique semble offrir de nombreux avantages
et des solutions face aux problèmes environnementaux de notre temps. Néanmoins les
15. Nachtigall, 2010
16. Les Cahiers de la recherche architecturale urbaine et paysagère, 1, 2018
Conclusion - Ouverture 33
étapes de recherche et d’abstraction, ainsi que la collaboration nécessaire à la conception
bio-mimétique en font un processus lent. Ceci est d’autant plus crucial à une époque
l’on laisse que peu de temps aux projets urbains de se faire.
5 Conclusion - Ouverture
Nous avons décidé de parler d’ "invasion" mais après lecture de ce document, il paraît
évident que c’est bien l’être humain qui est allé chercher les plantes et autres organismes
pour répondre à ses besoins en matière de conception architecturale. En d’autres termes,
il ne s’agit pas tellement d’une invasion de plantes mais plutôt de l’appropriation des
mécanismes de la nature, de ses organismes et de ses écosystèmes, par l’Homme. À tous
les stades de l’histoire présentés précédemment on retrouve une collaboration directe ou
indirecte, mais bien étroite, entre architecture et biologie. Le but est toujours le même;
mettre la nature au service de l’Homme pour arrêter de l’asservir et de la détruire.
Il est important de remarquer que la chronologie qui a été proposée lors de ce cours
peut totalement être remise en cause. Effectivement, nous avons regardé l’exemple de
l’Art-Nouveau pour les décorations florales de façades, mais nous aurions très bien pu ap-
préhender les sculptures gothiques des cathédrales remontant ainsi au Moyen-Age. Pour
ce qui est des surfaces végétalisées nous aurions tout a fait pu aborder le cas de maisons
Scandinaves remontant à l’âge Viking. Enfin pour les structures bio-mimétiques nous au-
rions aussi pu disserter sur les ponts vivants du Meghalaya nous ramenant 500 ans en
arrière!
Une telle chronologie a été choisie car elle permet de comprendre aisément les ponts
qui ont été franchis par l’architecture sur un lapse de temps que l’on peut facilement se
représenter. Elle permet de plus de souligner la continuité de l’invasion des plantes en ur-
banisme lors du dernier siècle et met surtout en avant la renaissante et incessante volonté
que nous avons de vivre plus proche de la nature.
Au vu du contexte écologique actuel et après avoir assisté à une bétonisation excessive de
notre environnement, cela ne peut a priori qu’être rassurant. Mais il faut aussi remarquer
que l’idée n’est pas neuve. Hundertwasser dans Reboisement de la ville, 1971 abordait
déjà le sujet d’une architecture écologique. Aujourd’hui il est intéressant de comprendre
et d’analyser ce qui nous retient de sauter dans le monde des Vegetal City. Se rapprocher
de la nature dans l’architecture n’est pas synonyme de "retour en arrière", de "préhistoire"
ni d’ "inconfort".
34 Invasion des plantes dans le bâtiment depuis 1900
6 Table des symboles
Symbole Grandeur Unités
E taux d’évaporation mm.jour1
C capacité calorifique J.K1
S surface du plancher m2
pspression de vapeur saturante P a
pepression de vapeur partielle P a
Φentrant flux de chaleur entrant W
Φsortant flux de chaleur sortant W
mevap masse d’eau évaporée par seconde kg.s1
Tair température de l’air ˚C
hevap chaleur latente de vaporisation de l’eau J.kg1
ρmasse volumique de l’eau kg.m3
Rrésistance thermique du plancher végétalisé K.W 1
uvitesse du vent m.s1
Uecoefficient de transmission surfacique W.m2.K1
Hscoefficient de déperdition par transmission W.K1
λconductivité thermique W.m1.K1
Ψcoefficient de déperdition linéique W.m1.K1
TABLE 1.2 Table des symboles
7 Sources
7.1 Figures
Figure 1.2 france-pittoresque.com
Figure 1.3 theartstory.org
Figure 1.4 e-monumen.net
Figure 1.5 et 1.6 structurae.info
Figure 1.7 lartnouveau.com
Figure 1.8 lecercleguimard.fr
Figure 1.9 lartnouveau.com
Figure 1.10,1.11 et 1.12 Répertoire des fontes Durenne, Val d’Osne et Bigot-
Renaud
Sources 35
Figure 1.13 et 1.14 paricultures.com
Figure 1.16,1.17 et 1.18 toiture.ecovegetal.com
Figure 1.20 wikipedia.org/wiki/Urban_heat_island
Figure 1.25,1.26 esplanade.com
Figure 1.28,1.29 tekla.com
Figure 1.32 laterredabord.fr
Figure 1.34 symbiosis.dk
7.2 Bibliographie
Les bétons de granulats d’origine végétale : Application au béton de chanvre [Am-
ziane et Arnaud, 2013]
Pour une architecture plus proche de la nature et de l’homme [Hundertwasser, 1998]
Archiboressence [Schuiten, 2006]
Meteorological and air quality impacts of increased urban albedo and vegetative
cover in the Greater Toronto Area, Canada [Taha, Haider, Hammer, HillelAkbari,
Hashem, 2002]
Les fontes d’ornement d’Hector Guimard : tentative de démocratisation par l’indus-
trialisation d’une esthétique personnelle [Descouturelle, 2013]
Répertoire des fontes Guimard 1.6 parDurenne, Le Val d’Osne et Bigot-Renaux
[Descouturelle, 2016]
Le végétalisation des bâtiments [Bouattour et Alain, 2009]
Les Cahiers de la recherche architecturale urbaine et paysagère, 1 [Chayaamor-Heil,
Guéna et Hannachi-Belkadi, 2018 ]
7.3 Webographie
guidebatimentdurable.brussels
vegetalcity.net
lemoniteur.fr
lecercleguimard.fr
36 Invasion des plantes dans le bâtiment depuis 1900
cstc.be
tekla.com
2.
Évaluation des opportunités
d’utilisation de drones dans les
différents services de l’État en
Eure-et-Loir
Dès le début de ma scolarité, j’ai formulé le souhait d’intégrer un des corps techniques
de l’État. Suite à une présentation d’un ancien élève de mon département de Génie Civil
et Environnemental, devenu Ingénieur des Ponts des Eaux et des Forêts, j’ai manifesté
auprès de lui mon envie de comprendre comment était organisée l’instruction des dos-
siers scientifiques et techniques au sein des services déconcentrés. Alors en poste en tant
que chef de service à la Direction Départementale des Territoires de l’Eure-et-Loir, il m’a
proposé de réaliser une étude de faisabilité pour son service, lors des congés d’été 2019.
Le mémoire présenté ci-après est basé sur cette étude. J’ai analysé les opportunités d’utili-
sation de drones au sein des services déconcentrés, puis les coûts associés à l’adoption de
ce nouvel outil et ai enfin proposé une stratégie de déploiement. Finalement ce travail m’a
permis comprendre la mise en œuvre des politiques publiques par les services de l’État,
et comment ceux-ci peuvent être aidés par certaines innovations comme le drone.
Sommaire
1 Pourquoi un drone dans les services de l’État? .............. 39
2 Glossaire ................................... 40
3 Quelles utilisations et dans quels services? ................ 41
4 Quel cadre réglementaire? ......................... 56
5 Quelle stratégie de déploiement? ...................... 66
6 Synthèse ................................... 77
7 Bibliographie - Liens Utiles - Contacts ................... 79
8 Organisation du Stage et ressenti ...................... 81
38
Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents services de l’État en
Eure-et-Loir
Remerciements
Ce stage en administration a été encadré par Raphaël Demolis, Ingénieur des Ponts, des
Eaux et des Forêts (IPEF), Chef du Service de la Gestion des Risques, de l’Eau et de
la Biodiversité à la Direction Départementale des Territoires (DDT) d’Eure-et-Loir. Je le
remercie chaleureusement pour la confiance qu’il m’a accordé en m’offrant la possibilité
d’effectuer un stage dans son service et pour le temps précieux qu’il m’a consacré aussi
bien pour me montrer le travail d’un IPEF que pour m’aider à l’élaboration de ce rapport.
Pour rédiger ce rapport j’ai été amené à rencontrer et à m’entretenir avec un grand nombre
d’agents travaillant dans différents services de l’État : Direction Départementale des Ter-
ritoires, Direction Départementale de la Cohésion Sociale et de la Protection des Popula-
tions, Agence Française pour la Biodiversité, Office National de la Chasse et de la Faune
Sauvage, Direction Régionale des Affaires Culturelles, Direction Régionale de l’Environ-
nement de l’Aménagement et du Logement. Je tiens à remercier l’ensemble des agents
que j’ai rencontré pour le temps qu’ils m’ont accordé et car ils ont rendu possible l’élabo-
ration de ce rapport.
Je remercie particulièrement Patrick Carrignon et Emilie Bachelier de m’avoir laissé les
accompagner en déplacement en me donnant ainsi un aperçu du travail de terrain que
conduit une DDT.
Pourquoi un drone dans les services de l’État? 39
1 Pourquoi un drone dans les services de l’État?
La société du numérique pousse à l’innovation et à l’utilisation de nouvelles technolo-
gies pour soutenir et/ou remplir des missions d’une grande diversité. Lorsqu’il s’agit des
nouvelles technologies, il faut impérativement définir un cadre strict d’utilisation afin de
protéger au mieux les usagers et avoir une utilisation la plus efficace et judicieuse pos-
sible. En effet, les nouvelles technologies se montrent régulièrement d’une grande aide au
quotidien pour une partie importante des acteurs de la société civile et militaire (pompiers,
police ...).
C’est dans cette optique qu’il a été évoqué la possibilité d’avoir un ou plusieurs drones
à la DDT 28 afin d’assister les agents de l’Etat qui se rendent sur le terrain pour remplir
différentes missions ; gestion de crise post-inondations, aide à l’élaboration de documents
d’urbanisme, aide à la police de l’environnement etc.
Ce rapport se propose d’évaluer le soutien que pourrait apporter des drones aux agents
des différents services de l’État sur le territoire d’Eure-et-Loir. Il conviendra tout d’abord
d’analyser les utilisations déjà implémentées en France (exemple DDTM 34, DDT 23)
et les potentielles utilisations dans les services de l’État en Eure-et-Loir, puis d’analyser
le cadre réglementaire imposé par la legislation française. Enfin nous regarderons deux
scénarios d’une stratégie de déploiement : formations, organisations, achat.
Pendant l’étude il sera impératif de garder à l’esprit que le drone doit avant-tout être
employé pour répondre à des besoins existants et aider les agents de l’État dans leur
travail. L’acquisition d’un drone n’est ainsi motivée ni par une course à l’innovation,
ni par la création de besoins. Le drone est néanmoins en passe de devenir un outil de
première importance dans les années qui arrivent. Ainsi, un nombre croissant d’acteurs
privés propose déjà aujourd’hui des services liés à l’utilisation de drone (cartographie,
inspection de bâtiment, suivi de chantier, aide aux agriculteurs pour les récoltes ...). Il
arrive même que des services de l’État fassent appel à ces entreprises. S’équiper de drones
permettrait donc aux services de l’État de mieux maîtriser leurs moyens, amenant ainsi
une certaine indépendance.
40
Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents services de l’État en
Eure-et-Loir
2 Glossaire
ANAH : Agence Nationale de l’Habitat
BADS : Bureau Application Droit des Sols
BPAT : Bureau Planification et Aménagement du Territoire
BSD : Bureau Sécurité Défense
CNIL : Commission Nationale de l’Informatique et des Libertés
DDT : Direction Départementale des Territoires
DDTM : Direction Départementale des Territoires et de la Mer
DGAC : Direction Générale de l’Aviation Civile
DRAC : Direction Régionale des Affaires Culturelles
DSAC : Direction de la Sécurité de l’Aviation Civile
ICPE : Installations Classées pour la Protection de l’Environnement
MAP : Manuel d’Activités Particulières
PPC : Plan Pluriannuel de Contrôle
PPRI : Plan de Prévention des Risques d’Inondations
RAA : Régime d’Autorisation Administrative
SAUH : Service Aménagement, de l’Urbanisme et de l’Habitat
SCTP : Service de la Connaissance des Territoires et de la Prospective
SEA : Service de l’Économie Agricole
SERBAT : Sécurité et Éducation Routières, Bâtiments et Appui Territorial
SG : Secrétariat Général
SGREB : Service de la Gestion des Risques, de l’Eau et de la Biodiversité
UD DREAL : Unité Départementale de la Direction Régionale de l’Environnement,
l’Aménagement et le Logement
VHU : Véhicule Hors d’Usage
Quelles utilisations et dans quels services? 41
3 Quelles utilisations et dans quels services?
3.1 Les DDT ayant déjà franchi le pas
3.1.1 Le club de l’innovation dans la DDTM 34 et l’intgréation du drone comme
outil de travail
Consciente de la nécessité d’innover pour appliquer au mieux les politiques territoriales,
la DDTM de l’Hérault a formé un club de l’innovation. Ce club est un groupe d’agents vo-
lontaires chargés de promouvoir l’innovation dans les différentes missions de la DDTM.
Le directeur de la DDTM 34 a défini comme suit les missions des agents de ce club :
conduire des projets retenus;
répondre aux différents appels à projet en matière d’innovation :
être un ambassadeur de l’innovation;
expérimenter des idées et être un appui à leur déploiement dans le cadre des
missions;
assurer une veille inspirante sur les idées, les méthodes et les outils innovants
dans les autres administrations;
communiquer sur le rôle du club et ses actions.
Dans le cadre du club de l’innovation il a été proposé d’ utiliser des drones pour assister
les agents de la DDTM 34 dans leurs missions. Après étude préalable, il a été décidé de
former 3 agents et d’acheter 2 drones.
Ces drones aident d’une manière générale :
aux repérages préalable au contrôle (suivi de chantier, zone non débroussaillées,
non respect de l’arrêté sécheresse etc.);
à la gestion de crise (inondations, incendies, pollutions etc.).
Les agents télépilotes ont mis en place une adresse mail générique pour la mission drone.
Les services ou agents souhaitant une intervention d’un des 3 télépilotes n’ont qu’à en-
voyer un mail à cette adresse et les télépilotes s’arrangent entre eux (en fonction de leur
agendas respectifs) pour répondre à la demande.
42
Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents services de l’État en
Eure-et-Loir
Bien qu’a priori l’aspect maritime semble très pertinent pour l’utilisation de drone, celui-
ci n’a pas constitué la majeure partie des missions réalisées en 2018/2019 à la DDTM de
l’Hérault 1.
3.1.2 Poursuite de l’intégration du drone comme outil de travail en DDT 23
La DDT de la Creuse vient elle aussi de faire l’acquisition d’un drone (et en achètera
très certainement un second en 2019) et a décidé de former 2 agents. Les drones sont
utilisés pour la surveillance et l’aide à la qualification des cours d’eaux, la surveillance de
l’état de la végétation, la détection de coupe rase et le comptage de gibier. La DDT 23 se
penche maintenant sur l’éventualité de former un agent à la photogrammétrie de façon à
accroître le panel d’utilisation de ces drones.
3.2 Évaluation des opportunités dans la DDT 28
L’évaluation des potentielles utilisations en Eure-et-Loir s’est basée sur un ensemble d’en-
tretiens réalisés avec les chefs de service et les chefs de bureaux dans les différents ser-
vices de l’État.
3.2.1 SGREB - Soutien à la Police de l’Environnement
Les inspecteurs de l’environnement sont souvent amenés à se rendre sur le terrain. Que
ce soit lors de contrôle ou dans des cas de suivis habituels (Plan Simple de Gestion,
défrichement) ceux-ci sont amenés à se déplacer sur un terrain qu’ils ne connaissent pas
nécessairement et qui présente des environnements divers. La notion d’adaptabilité est
donc bien présente. Prendre de la hauteur peut ainsi offrir une solution intéressante.
section NATURE Surveillance de défrichement non-autorisé
Témoignage, accompagnement de la police de l’environnement lors d’un déplacement
Un déplacement à nécessitant la présence d’un inspecteur de l’environnement avait
été demandé afin de constater un possible défrichement non-autorisé. Cependant aucune
information précise n’avait été transmise sur la localisation du défrichement. Il a donc
1. témoignage agent télépilote de la DDTM34
Quelles utilisations et dans quels services? 43
fallu, une fois sur la commune, faire le tour de chaque parcelle en voiture afin de cher-
cher à vue d’oeil et hauteur d’homme ce qui aurait pu laisser présager un défrichement
non-autorisé. Il apparaît donc que cette méthode de surveillance ne peut-être que partielle
et ne peut apporter des résultats concluants que dans de rares cas.
L’utilisation d’un drone serait donc tout à fait pertinente. En effet, une fois rendu dans
la zone de recherche l’agent de terrain n’aurait alors qu’à identifier une zone de décol-
lage et d’atterrissage accessible ainsi qu’un plan de vol. A partir de cette étape le drone
permettrait donc de :
limiter les déplacements (souvent non fructueux) de l’agent autour des parcelles;
quadriller rapidement la zone d’intérêt;
faire un premier repérage si ce n’est identifier immédiatement une zone de dé-
frichement grâce aux prises de vue;
limiter l’utilisation d’un véhicule.
Aide à la vérification pour la délivrance de Certificat
Pour obtenir un certificat IFI 2ou Monichon le propriétaire fourni un plan de sa propriété
examiné par la DDT afin d’en déterminer sa cohérence avec les critères définis par le certi-
ficat. L’examen de ce plan se fait sur place et nécessite donc l’observation de la propriété.
Un drone dans ce cas permet essentiellement un gain de temps précieux.
Aide au suivi de Plan Simple de Gestion (PSG)
L’inspecteur de l’environnement peut aussi être amené à contrôler régulièrement (une
trentaine de contrôles par an en DDT 28) les propriétés soumises à des PSG. Le but de
ces contrôles est essentiellement de surveiller que le propriétaire suit le plan qui a été
élaboré : respect des coupes, des plantations etc.
Dans cette situation le drône permettrait de visualiser :
des coupes rases;
des éclaircissements;
la présence de maladies sur les arbres.
2. Impôt sur la Fortune Immobilière : avantage fiscal qui consiste à réduire la base imposable des bois et
forêts sous certaines conditions. En contrepartie, les bois et forêts appartenant au bénéficiaire ou appartenant
au groupement forestier, doivent, pendant 30 ans, être gérés selon des garanties de gestion durable, que le
propriétaire s’engage à respecter.
44
Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents services de l’État en
Eure-et-Loir
De plus, le drone permettrait l’acquisition de prises de vues pour la mise à jour du PSG et
donc d’avoir des images fiables pour suivre son évolution.
Vérification de coupe sous Régime d’Autorisation Administrative (RAA)
Lorsqu’un propriétaire n’est pas soumis à un PSG il peut par contre suivre un RAA. Dans
ce cas la vérification des coupes effectuées par le propriétaire est primordiale pour s’as-
surer que les coupes sont respectées et qu’il n’y a pas d’abus (pas de commercialisation
du bois par exemple). Le drone permettrait dans ce cas de :
repérer plus facilement les coupes;
repérer un lieu de dépôt du bois.
Le drone permet aussi, encore une fois grâce aux prises de vues, de suivre régulièrement
l’évolution des parcelles et donc d’avoir des images fiables pour faire des comparaison.
Le nombre de jour.homme consacré à ce type de mission serait par ailleurs augmenté car
le drone participe à un suivi plus fin.
section EAU Aide à la surveillance de travaux en lit mineur
La surveillance régulière des cours d’eau et de leurs alentours est importante. Il est notam-
ment essentiel de vérifier que toutes les constructions dans ces zones s’effectuent dans les
règles de l’art (notamment respect de la loi sur l’eau pour les DDT). Ces zones peuvent
parfois être difficile d’accès. Ainsi un drone permettrait d’aider à la surveillance de :
remblais;
restauration de berge;
l’ouverture/fermeture des vannes de moulins qui sont souvent des résidences se-
condaires et difficilement accessibles.
La Figure 2 illustre parfaitement ce type d’utilisation. Sur cette photo on constate l’ins-
tallation illégale sur berge de gabions. L’accès au gabion est difficile et il devient alors
impossible de connaître précisément la longueur de gabions qui a été installé le long de la
berge.
Quelles utilisations et dans quels services? 45
FIGURE 2.1 Installation illégale de gabions sur une berge
Dans cette situation, un survol en drone aurait permis d’estimer rapidement la longueur
de gabions installée.
46
Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents services de l’État en
Eure-et-Loir
Aide à la surveillance des lits majeurs
La surveillance des lits majeurs des cours d’eau est indispensable, surtout en zone inon-
dable. En effet, le lit majeur étant la surface susceptibles d’être immergée en période de
crue, toute construction sur cette surface présente un risque d’inondations et accroît ce
risque en aval. Par exemple, la présence de remblais sur lit majeur est très préoccupante
car ceux-ci en diminuant la surface d’une zone inondable, augmentent le risque d’inon-
dation dans une autre zone. Sur les Figures 2.2 et 2.3 (photographies de 2008) est mise en
évidence la présence de remblais sur lit majeur. A l’époque ceci devait faire l’objet d’une
déclaration, mais aujourd’hui avec la mise en place d’un Plan de Prévention des Risques
d’Inondations (PPRI) cette installation/construction constitue un délit. La surveillance et
l’estimation de la surface de ces remblais ainsi que des zones impactées par leur présence
sont donc des missions de grande importance.
FIGURE 2.2 FIGURE 2.3
Dans ce cas, il apparaît que les remblais sont inaccessibles directement ou bien cachés
derrière des arbres, une estimation de leur taille ainsi que des surfaces qu’ils impactent
est donc difficile.
Ainsi, un survol en drone puis un traitement des images par photogrammétrie auraient
permis d’accomplir cette tâche plus rapidement.
3.2.2 SERBAT - Soutien à la gestion de crise
Lors d’une gestion de crise, le SERBAT est le premier service contacté par la préfecture.
Celui-ci est alors amené à prendre contact avec d’autres agents de la DDT . Un déplace-
Quelles utilisations et dans quels services? 47
ment sur le terrain est alors envisageable. Par conséquent, une multitude de situations de
crise lors desquelles le drone paraît pertinent existe.
Gestion d’Incendies Un drone permettrait effectivement de :
visualiser l’ampleur de l’incendie;
repérer son foyer.
Il faudra dans ce cas précis bien faire attention à ce que le drone ne soit pas pris dans les
fumées, ce qui ferait basculer le vol à vue en vol hors vue 3. De plus les fumées d’incendies
avec les particules fines qu’elles transportent ne peuvent être que nocives pour le drone.
Gestion d’Inondations Dans ce cas le drone permettrait :
d’observer les laisses de crues;
de visualiser l’ampleur des dégâts;
de repérer des personnes ou animaux (d’élevage notament) en danger;
d’actualiser la cartographie des zones inondables.
Les Figures 2.4 et 2.5 prise (photographies de mars 2018) montrent une situation qui
aurait pu être débloquée par un drone. Les surfaces inondées semblent assez étendues et
définir leur limites depuis le sol est compliqué.
FIGURE 2.4 FIGURE 2.5
Finalement, un survol en drone aurait permis de cartographier ces zones rapidement et
efficacement, améliorant ainsi la connaissance de cette zone inondable.
3. voir section 3.2.1
48
Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents services de l’État en
Eure-et-Loir
Gestion d’accident de la route Lors d’un accident de la route, un embouteillage peut
très rapidement se former au niveau de l’accident et rendre ainsi l’accès difficile et plus
lent aux équipes devant se rendre sur site. Le drone permettrait de :
visualiser la section routière impactée;
visualiser l’accident (nombre de véhicules impliqués, type de véhicule, éventuelle
fuite de carburant ...).
Gestion d’épisodes neigeux Lors d’épisode neigeux, le département d’Eure-et-Loir se
trouve fortement impacté. Effectivement, lorsque les poids lourds ne peuvent plus pénétrer
en région parisienne, ceux-ci sont pour une partie détournés vers l’Eure-et-Loir. Des aires
de stockage doivent alors être mises en place. Un drone permettrait :
d’optimiser le stationnement des poids lourds sur l’aire;
d’avoir un accès rapide et efficace au taux de stockage de chacune de ces aires.
3.2.3 SAUH - Soutien au service en charge de l’urbanisme
Les missions liées à l’urbanisme s’appuient sur des prises de vues aériennes. Ces prises
de vues sont pour le moment satellitaire via Google Maps ou le GéoPortail. Elles ne sont
donc pas maîtrisées et les agents ne peuvent faire qu’avec les cartes déjà fournies.
Aide à la cartographie nécessaire à l’élaboration et au suivi de dossier relatifs à des
constructions L’utilisation d’un drone permettrait aux agents d’obtenir des prises de
vues :
qui leur conviennent;
autant que nécessaire;
actuelles et immédiates (les prises de vues sur GoogleMaps et GéoPortail ne sont
pas nécessairement actuelles);
avec une perspective dans les orientations nécessaires (ce qui n’est pas permis via
GoogleMap par exemple qui ne fournit des vues en perspective que depuis la chaus-
sée).
Maîtriser les prises de vue peut être un atout très intéressant car cela permet entre autre
de gagner du temps en limitant les déplacements. Il arrive à des communes concernées
Quelles utilisations et dans quels services? 49
par un dossier de faire appel à des prestataires pour obtenir de meilleures prises de vue
à fournir à la DDT, aussi un drone apporterait un gain de temps en limitant le nombre
d’acteurs impliqués.
3.2.4 SG - Soutien au service de communication
Le soutien au service de communication est immédiat. Un support audiovisuel apporte
une véritable plus-value lors de campagnes de communication. Ainsi un drone équipé
d’une caméra permettrait de réaliser un certain nombre de films appuyant la communica-
tion d’évènements organisés par la DDT ou bien la valorisation de missions réalisées par
ses agents.
3.3 Évaluation des opportunités pour l’AFB/ONCFS
L’AFB/ONCFS doit réaliser un ensemble de mission technique sur le terrain. Ces mission
peuvent aller du simple contrôle à la surveillance en passant par le recensement d’oiseaux.
Le drone permettrait d’aider dans de nombreuses missions dont voici les principales :
Pour le contrôle de l’état des clôtures d’élevage de sanglier et la mise en oeuvre
du doublement de ces clôtures. Le drone permettrait de quadriller la surface très
rapidement et éviterait donc aux agents de faire tout le périmètre à pied pour les
vérifications;
En épisode de Peste porcine Africaine, il faut surveiller les points d’eau qui sont
des endroits privilégiés pour trouver des carcasses. Le drone permettrait de visua-
liser rapidement l’ensemble des points d’eau et de repérer facilement ces car-
casses;
Pour le recensement de certaines espèces de l’avifaune nidificatrice. Le drone per-
mettrait de repérer rapidement les nids et de s’assurer sans effrayer les animaux
que le nid est bien occupé (la qualité des caméras thermique est telle que ce repérage
peut se faire à 100m d’altitude);
En période de sécheresse il est impératif de vérifier que l’ensemble des usagers
respecte bien les arrêtés et que notamment sur les cours d’eau il n’y ait pas de pom-
page illégal. Remonter un cours d’eau à pied peut s’avérer laborieux, chronophage
50
Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents services de l’État en
Eure-et-Loir
et est parfois même irréalisable. De plus ces déplacements ont tendances à abîmer
les fonds ce qui est préjudiciable pour les espèces aquatiques. Le drone permettrait
alors de remonter le cours d’eau facilement et de repérer d’éventuels pompages
illégaux;
La surveillance de forêt domaniale nécessite de s’assurer que des sites protégés ne
se font pas envahir par des engins motorisés tels des moto cross. Un survol en drone
de ces zones permettrait de repérer très rapidement des motos cross;
Par ailleurs il est important d’observer le développement de certaines espèces afin
d’adapter la réglementation dans certaines zones. Par exemple le retour de la loutre
dans certains cours d’eau amènera à protéger la portion du cours d’eau en question.
Le drone permettrait de repérer beaucoup plus facilement les individus;
Enfin la surveillance de développement d’espèces exotiques envahissantes (espèce
exotique devenant nuisible aux espèces autochtones), aussi bien faune que flore,
peut aussi se faire depuis le ciel et faciliter le repérage des individus.
3.4 Évaluation des opportunités pour l’UD DREAL
L’UD DREAL est chargée de gérer et de contrôler les Installations Classées pour la
Protection de l’Environnement (ICPE). Ces installations exploitées par une personne
physique ou morale présentent des risques de pollution des sols et/ou d’accidents
important, elles sont donc soumises à une réglementation spécifique notamment en
terme d’autorisation. Assurer la sécurité et le bon fonctionnement des ICPE est donc
très important. Pour se faire, 8 agents de l’UD DREAL réalisent des inspections de
manière régulière tout au long de l’année : entre 20 et 25 inspections sont réalisées
chaque année par chaque agent (soit en moyenne 180 contrôles) pour 531 ICPE
référencées 4en Eure-et-Loir. Ces inspections prennent environ 3 jours.homme en
comptant les phases de préparations, de déplacement et de traitement des dossiers. Le
déplacement sur le terrain ne prend finalement qu’1 jour.homme
Une partie de ces inspections (environ un tiers), organisée selon un plan pluriannuel de
contrôle, est répartie dans 3 catégories définies par ordre de priorité :
1ere catégorie, inspection tous les ans ;
4. d’après le site installationsclassees.developpement-durable.gouv.fr
Quelles utilisations et dans quels services? 51
2ecatégorie, inspection tous les 3 ans;
3ecatégorie, inspection tous les 5 à 7 ans.
Lors des contrôles, les inspecteurs sont amenés à verifier que l’activité respecte la
réglementation en vigueur. Ils doivent aussi régulièrement faire des calculs de surfaces
et de volumes afin de vérifier que les exploitants sont toujours dans les normes qu’ils
doivent respecter.
Enfin, une part des inspections consiste en des contrôles suite à des dénonciations de
sites illégaux : entrepôt de véhicules hors d’usage (VHU), stockage de déchets inertes,
carrières (plus rarement) etc. Lors de ces contrôles, les inspecteurs sont confrontés à de
nouveaux terrains dont ils n’ont pas forcément une connaissance approfondie. De plus,
l’accès à ces terrains est souvent difficiles et l’absence récurrente du propriétaire rend le
contrôle inefficace.
Il apparaît donc que dans chaque cas de contrôle le drone peut-être un outil très précieux
en facilitant (voire en rendant possible) le contrôle et en améliorant la précision des
calculs. Cette utilisation nécessite un traitement d’images a posteriori car il faut traiter les
images du drone par photogrammétrie.
3.5 Synthèse des utilisations et de leur pertinence
Le Tableau 1 présente les utilisations évoquées en section 2.2,2.3 et 2.4. Il y figure
notamment les agents se rendant sur le terrain dans chaque cas, ce qui peut donner une idée
des agents qui se serviront en majorité des drones et qui sont a priori les plus susceptibles
à être former. Il y figure aussi une estimation du temps passé en jour.homme à l’année.
Le temps passé sur le terrain sera très certainement réduit par l’utilisation du drone. Ceci
est cependant à mettre en regard de la préparation nécessaire et obligatoire avant chaque
vol, qui doit être effectuée au bureau. De plus, il faut aussi noter que lorsqu’un agent qui a
besoin d’un drone n’est pas télépilote, il doit faire appel à un agent formé. Dans ce cas de
figure, un agent de plus est mobilisé sur le terrain. Enfin, un code indiquant l’importance
de chaque utilisation est employé :
1 : utilisation récurrente et mission grandement facilitée (économie de temps, effica-
cité améliorée);
2 : le drone fournit un appui logistique sur le long terme notamment en permettant
la mise à jour de dossier avec des prises de vue régulières et actuelles en quantité
52
Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents services de l’État en
Eure-et-Loir
nécessaire. Le drone permet de surpasser des difficultés qui peuvent survenir sur le
terrain (accès difficile sur des propriétés par exemple);
3 : le drone est un appui logistique ponctuel.
Quelles utilisations et dans quels services? 53
Missions à réaliser
Type de
missions
Entités/
Services
[niveau d’importance]
Utilisation
Seul un drone
permet l’observa-
tion?
L’observation est
elle améliorée?
Agent se rendant
sur le terrain
Temps à l’année
(jour.homme)
[1] Surveillance défri-
chement non autorisé oui dans certains cas au cas par
cas
Inspecteur de
l’environnement
- nature
5
[1] Observation de
l’ouverture/fermeture
de vannes sur un cours
d’eau
oui dans certains
cas (absence pro-
priétaire)
oui
Inspecteur de
l’environnement
- eau
25
[2] Suivi de Plan
Simple de Gestion non oui
Inspecteur de
l’environnement
- nature
15
DDT - SGREB [2] Travaux en lit mi-
neur oui si berges inaccessibles au cas par
cas
Inspecteur de
l’environnement
- eau
8
[2] Surveillance de lit
majeur oui si travaux sur propriété au cas par
cas
Inspecteur de
l’environnement
- eau
15
Contrôle/Repérage [3] Coupe sous RAA non oui
Inspecteur de
l’environnement
- nature
2
[3] Délivrance de Certi-
ficat non oui
Inspecteur de
l’environnement
- nature
10
DDT - SAUH [2] Dossiers relatifs à
des constructions
oui pour prises de
vue aux perspec-
tives précises
oui pas d’agent de
terrain spécifique 25
54
Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents services de l’État en
Eure-et-Loir
Missions à réaliser
Type de
missions
Entités/
Services
[niveau d’importance]
Utilisation
Seul un drone
permet l’observa-
tion?
L’observation est
elle améliorée?
Agent se rendant
sur le terrain
Temps à l’année
(jour-Homme)
DDT - SG [3] Soutien au service
de communication non oui
pas d’agent de
terrain spécifique ...
DDT - SEA [3] Surveillance de
zones enherbées non oui
binôme sur le
terrain
pas d’agent de
terrain spécifique
15
[1] Surveillance de
VTM dans les forêts
domaniales oui oui
tout agent suscep-
tible de se rendre
sur le terrain
100
[1] Surveillance des
points d’eau vis à vis
de la peste porcine oui oui
tout agent suscep-
tible de se rendre
sur le terrain
10
Contrôle/Repérage
[1] Contrôle de l’état
des clôtures dans les
parcs d’élevage oui oui
tout agent suscep-
tible de se rendre
sur le terrain
12
AFB/ONCFS [1] Recensement de
l’avifaune nidificatrice oui oui
tout agent suscep-
tible de se rendre
sur le terrain
12
[1] Retour d’espèces
sauvages dans les cours
d’eau oui oui
tout agent suscep-
tible de se rendre
sur le terrain
5
[1] Contrôle des es-
pèces exotiques enva-
hissantes oui oui
tout agent suscep-
tible de se rendre
sur le terrain
12
[1] Contrôle des infrac-
tions dans le cadre d’un
arrêté sécheresse oui oui
tout agent suscep-
tible de se rendre
sur le terrain
8
Quelles utilisations et dans quels services? 55
Missions à réaliser
Type de
missions
Entités/
Services
[niveau d’importance]
Utilisation
Seul un drone
permet l’observa-
tion?
L’observation est
elle améliorée?
Agent se rendant
sur le terrain
Temps à l’année
(jour-Homme)
UD DREAL [2] Contrôle dans le
cadre du PPC non oui un des 8
inspecteurs 90
UD
DREAL
/ DDT-
SGREB
[2] Contrôle de site illé-
gaux (stockage de dé-
chet, VHU)
oui oui un des 8
inspecteurs 90
[1] Gestion d’incendies
oui repérage de
foyers grâce aux
caméras ther-
miques
au cas par
cas
tout agent
susceptible de se
rendre sur le
terrain
indéterminé
[1] Gestion d’inondations
oui zones inon-
dées inaccessible,
plus rapide et
plus sûr
oui idem indéterminé
Gestion de Crise DDT - SERBAT [2] Gestion d’accident
de la route non oui idem indéterminé
[2] Gestion d’épisodes
neigeux non oui idem indéterminé
TABLE 2.1 Tableau récapitulatif des utilisations et de leur pertinence
56
Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents services de l’État en
Eure-et-Loir
4 Quel cadre réglementaire?
4.1 Classe d’usage
La DGAC distingue trois usages différents dans son guide Aéronefs Circulant sans Per-
sonnes à bord : activités particulières(10/2018) 5. Ces trois usages sont les suivants :
l’aéromodélisme concernant l’utilisation liée au loisir;
l’expérimentation concernant le développement et la mise au point de drones;
les activités particulières concernant toute autre utilisation ne correspondant pas
aux deux premières.
Dans le cas un service de l’État acquiererait un drone, il se placerait donc dans le
régime des activités particulières. La réglementation s’appliquant à ce régime fait l’objet
de cette section.
4.2 Généralités
Il est tout d’abord important de bien distinguer les domaines impliqués dans cette régle-
mentation, qui sont;
l’aéronef vis à vis de l’immatriculation, l’enregistrement, l’équipement et l’homo-
logation;
l’exploitant vis à vis de la déclaration d’activités périodiques, le manuel de procé-
dures, le suivi de la sécurité et le bilan annuel ;
le télépilote vis à vis de sa formation et de ses compétences;
les restrictions quant aux lieux, horaires et hauteurs ainsi que les démarches préa-
lables liées au vol;
les conditions de préparation et de réalisation liées au vol.
Dans notre cas l’exploitant sera donc a priori un service de l’État et les télépilotes se-
ront les agents auxquels le service en question aura décidé de faire suivre la formation
adéquate.
5. DGAC : ecologique-solidaire.gouv.fr/drones-usages-professionnels
Quel cadre réglementaire? 57
4.2.1 Scénarios
Il convient maintenant de distinguer les 4 scénarios opérationnels tels que prédéfinis par
la DGAC dans le tableau suivant 6:
6. tableau élaboré à partir du guide Aéronefs Circulant sans Personnes à bord : activités particulières
58
Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents services de l’État en
Eure-et-Loir
Type de Vol Spécifications
Distances Poids
Max Zone Pilote Drone Exploitant
S1
à vue :
100 m dist. horiz.
150 m dist. vert.
25 kg non
peuplée
Certificat d’aptitude théo-
rique, Déclaration de niveau
de compétence, Formation
Pratique
Capteur barométriques, dis-
positif fail-crash, Attestation
de conformité navigabilité
MAP, envoyer une copie du
MAP à la DSAC/IR, contrac-
ter une assurance
S2
hors vue :
1000 m dist. ho-
riz.
50 m dist. vert.
25 kg non
peuplée
Certificat d’aptitude théo-
rique, Déclaration de niveau
de compétence, Formation
Pratique
Capteur barométriques,
dispositif fail-crash, dispo-
sitif d’enregistrement des
paramètres, Attestation de
conception type
MAP, envoyer une copie du
MAP à la DSAC/IR, contrac-
ter une assurance
S3
à vue :
100 m dist. horiz.
150 m dist. vert.
4 kg peuplée
Certificat d’aptitude théo-
rique, Déclaration de niveau
de compétence, Formation
Pratique
Capteur barométriques,
dispositif fail-crash, dispo-
sitif d’enregistrement des
paramètres, Attestation de
conception type
MAP, envoyer une copie du
MAP à la DSAC/IR, contrac-
ter une assurance
S4
hors vue :
dist. horiz non-
définie.
150 m dist. vert.
2 kg peuplée
PPL + 100 heures de vol, 20
heures de vol minim. avec
le drone dans 6 mois précéd.
opération, Déclaration de ni-
veau de compétence
Capteur barométriques, dis-
positif fail-crash, dispositif
d’enregistrement, vision
orientée avant, Attestation de
conception type
MAP, envoyer une copie du
MAP à la DSAC/IR, contrac-
ter une assurance
TABLE 2.2 Tableau présentant les différents scénarios et leurs implications réglementaire
Quel cadre réglementaire? 59
L’aéronef est dit évoluer en "zone peuplée" lorsqu’il évolue :
au sein ou à une distance horizontale inféreure à 50m d’une agglomération 7figurant
sur les cartes aéronautiques;
à une distance horizontale inférieure à 150m d’un rassemblement de personnes
Pour les scénarios S1, S2 et S3, aucun tiers (personne étrangère à la mission) ne peut être
survolé à moins d’une distance horizontale minimale fixée par la règlementation. En cas
de vol hors vue (S2), toute la zone d’évolution de l’aéronef doit être vide pour toute la
durée du vol. Pour toutes les distances de sécurité; se référer aux pages 72-73-74 du guide
Aéronefs Circulant sans Personnes à bord : activités particulières, regroupées en annexe
de se document
Un drone est dit évoluer « en vue» lorsque ses évolutions se situent à une distance du
télépilote telle que celui-ci conserve une vue directe sur l’aéronef (sans l’aide d’aucun
dispositif optique autre que ses lunettes ou lentilles de correction le cas échéant) et une vue
dégagée sur l’environnement aérien permettant de détecter tout rapprochement d’aéronef
et de prévenir les collisions.
4.2.2 Dérogations
Dans le cas d’aéronefs utilisés pour le compte de l’Etat dans le cadre de missions de
secours, de sauvetage, de douane, de police ou de sécurité civile, il est possible de s’af-
franchir de certaines dispositions, lorsque les circonstances de la mission et les exigences
de l’ordre et de la sécurité publics le justifient. L’opportunité et l’ampleur de ces écarts
sont à l’appréciation du service de l’Etat pour le compte duquel la mission est à réaliser.
4.2.3 Prises de vue
Les exploitants réalisant des prises de vues aériennes doivent respecter les dispositions
de l’article D. 133-10 du code de l’aviation civile et de l’arrêté du 27 juillet 2005 portant
application de cet article.
Pour les prises de vue dans le spectre visible pour les opérateurs d’aéronefs télépilotés,
7. les agglomérations désignées sont les agglomérations figurant sur les cartes aéronautiques en vigueur
diffusées par le Service d’Information Aéronautique (SIA) aux échelles 1/500 000, 1/250 000 ou 1/100 000
60
Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents services de l’État en
Eure-et-Loir
il est convenu qu’une déclaration annuelle intervenant au moins 15 jours avant le
premier vol de prise de vue de l’année est suffisante.
Pour les prises de vue dans le spectre invisible pour les opérations nécessitant l’emploi
d’appareils d’enregistrement d’images ou de données en dehors du spectre visible tels que
thermographe ou radar, une autorisation est nécessaire. Elle est délivrée, pour une durée
maximale de 3 ans, par le représentant de l’État dans le département ou le délégué du
gouvernement dans le territoire l’utilisateur est domicilié ou par le préfet de police de
Paris pour les personnes résidant à Paris. L’avis conforme du commandant de groupement
de gendarmerie du département, du territoire ou de Paris, ainsi que du directeur zonal de
la police aux frontières est requis.
4.2.4 Vie privée - Survol de propriétés privées
Le droit à la vie privée des personnes doit être respecté. Les personnes présentes doivent
a minima être informées si l’aéronef est équipé d’une caméra ou de tout autre capteur
susceptible d’enregistrer des données les concernant.
A priori les services de l’État ne seront pas amenés à collecter des données personnelles
telles que définies par la Commission Nationale de l’Informatique et des Libertés (CNIL) 8
4.2.5 Responsabilités
L’exploitant est responsable des dommages causés par le drône et doit vérifier les condi-
tions dans lesquelles son activité est assurée.
Des sanctions peuvent être prises, par exemple la DGAC peut interdire ou limiter l’uti-
lisation d’un aéronef qui circule sans personne à bord, d’un type d’aéronef ou l’activité
d’un exploitant, s’il a connaissance de problème de sécurité ou en cas de non-respect des
exigences règlementaires par un exploitant ou un télépilote. L’ensemble des peines encou-
rues se trouve dans le guide de la DGAC 9. L’encadré qui suit présente quelques peines
encourues :
8. CNIL : https ://www.cnil.fr/fr/rgpd-de-quoi-parle-t-on
9. Aéronefs Circulant sans Personnes à bord : activités particulières, page 14-15
Quel cadre réglementaire? 61
Est puni d’un an d’emprisonnement et de 75 000 ed’amende le fait d’uti-
liser un aéronef circulant sans personne à bord dans des conditions d’utili-
sation non conformes aux règles édictées en vue d’assurer la sécurité.
Est puni de six mois d’emprisonnement et de 15 000 ed’amende le fait
pour un télépilote de faire survoler par un aéromodèle, par maladresse
ou négligence, une zone du territoire français en violation d’une interdic-
tion de survol. Les sanctions sont portées à un an d’emprisonnement et 45
000 ed’amende en cas de survol volontaire ou de refus de se conformer
aux injonctions de l’autorité administrative.
Est puni d’un an emprisonnement et de 45 000 ed’amende le fait, au
moyen d’un procédé quelconque, de porter atteinte volontairement à l’in-
timité de la vie privée d’autrui :
en captant, enregistrant ou transmettant, sans le consentement de leur
auteur, des paroles prononcées à titre privé ou confidentiel;
en fixant, enregistrant ou transmettant, sans le consentement de celle-
ci, l’image d’une personne se trouvant dans un lieu privé.
4.3 Réglementation relative à l’aéronef
4.3.1 Enregistrement
L’enregistrement d’un drone (nouveau concept le propriétaire enregistre l’aéronef) ne
doit pas être confondu avec la déclaration d’activités particulière (effectuée par l’exploi-
tant). Dans notre cas, exploitant et propriétaire sont une seule et même entité; le ser-
vice de l’État.
Ce qui est prévu dans ce cas est que l’exploitant peut procéder à l’enregistrement de l’aé-
ronef (en tant que propriétaire) puis à son ajout dans la déclaration d’activité (en tant
qu’exploitant) en deux étapes successives. Ou bien, dans un souci de simplification, Al-
phaTango 10 permet à l’exploitant/propriétaire d’enregistrer son aéronef en même temps
qu’il l’ajoute dans sa déclaration d’activité.
10. Portail AlphaTango : https://alphatango.aviation-civile.gouv.fr/login.jsp
62
Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents services de l’État en
Eure-et-Loir
L’enregistrement se déroule alors comme suit :
Tous les aéronefs dont la masse (équipements et batterie ou carburant com-
pris) est supérieure ou égale à 800g doivent être enregistrés par leur
propriétaire sur le portail AlphaTango;
L’aéronef reçoit alors un numéro d’enregistrement de la forme UAS a-
FR-[numéro];
La durée de validité de l’enregistrement est de 5 ans;
Le numéro d’enregistrement doit être apposé en permanence, de façon
visible, sur l’aéronef. L’écriture (taille, police) utilisée doit permettre une
lecture à une distance de 30 centimètres, à l’oeil nu;
a. Unmanned Aircraft System
Par la suite lors de toute utilisation de l’aéronef, le télépilote doit être muni d’un extrait à
jour du registre des aéronefs civils circulant sans personne à bord (au format numérique
ou papier ) 11, et doit le présenter aux autorités en cas de contrôle.
4.3.2 Exigences relatives à la conception et à l’homologation
Pour toute information relative aux conditions techniques applicables à l’aéronef selon les
scénarios; se référer à la section 9 page 20 du guide pour les activités particulières.
Le scénario 2 (vol hors vue, hors zone peuplée, distance horizontale maximale 1km, dis-
tance verticale maximale 50m) est a priori un scénario qui peut apparaître lors des mis-
sions des différents services. La DGAC demande une homologation pour ce scénario.
Dans ce cas les services de l’État devront donc obligatoirement faire une demande
d’homologation. L’homologation prend la forme d’une attestation de conception, à de-
mander selon les modalités décrites par l’Annexe 3 du guide. Par ailleurs, certains drones
accessibles sur le marché sont déjà homologués pour ce type de scénario.
11. A la fin du processus d’enregistrement d’un aéronef, un e-mail de confirmation est adressé conte-
nant en pièce-jointe l’extrait du registre des aéronefs circulant sans personne à bord relatif à la machine
concernée.
Quel cadre réglementaire? 63
4.4 Réglementation relative au télépilote
4.4.1 Aspect théorique
Les télépilotes doivent détenir un certificat d’aptitude théorique de télépilote délivré
après la réussite d’un examen organisé par la DGAC 12.
La validité du certificat d’aptitude théorique de télépilote n’est pas limitée dans le temps.
Il appartient toutefois à l’exploitant d’évaluer périodiquement la nécessité de prévoir une
mise à jour des connaissances théoriques du télépilote (vis-à-vis notamment d’évolutions
de la règlementation, ou de son aptitude à lire l’information aéronautique).
Par ailleurs le télépilote doit s’assurer d’acquerir les connaissances nécessaires en matière
de :
règlementation applicable aux aéronefs télépilotés;
procédures du Manuel d’activité particulière de l’exploitant;
principes techniques et de fonctionnement nécessaires au pilotage des aéronefs.
4.4.2 Aspect Pratique
Le télépilote doit suivre une formation pratique au terme de laquelle il se verra délivrer
une attestation de suivi de formation. L’attestation de suivi de formation est délivrée par
l’organisme de formation qui assure la formation pratique basique pour le ou les scénarios
considérés, après vérification de l’acquisition des compétences pratiques mentionnées à
l’annexe II de l’arrêté Formation du 18 mai 2018. Elle mentionne le ou les scénarios pour
lesquels la formation a été délivrée.
Le télépilote doit impérativement prendre connaissance de l’ensemble des restrictions 13
liées aux hauteurs, aux lieux et aux horaires de vol.
Enfin le télépilote doit appréhender avec soin la préparation (possible demande d’autori-
sation de survol, étude des cartes aéronautiques ...) et la réalisation du vol 14. Ces phases
12. Examen théorique : https://www.ecologique-solidaire.gouv.fr/examens-theoriques-bb-ulm-iulm-
telepilote-laplpplah
13. Voir Partie E page 36 du Guide
14. Voir partie F apge 47 du Guide
64
Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents services de l’État en
Eure-et-Loir
lorsqu’elles sont bien maîtrisées permettent de s’assurer à tout moment du respect de
la réglementation et de la sécurité de chacun, d’où leur importance.
4.5 Réglementation relative à l’exploitant (le service de l’État)
4.5.1 Déclaration d’activités
Le service de l’État est tenu de déclarer sur le portail AlphaTango son intention de déve-
lopper cette nouvelle activité auprès de la DSAC et doit attendre l’accusé de réception de
cette déclaration avant de commencer ses activités.
Dans cette déclaration, l’exploitant doit :
identifier les scénarios envisagés;
identifier les aéronefs utilisés ainsi que les scénarios associés et leur masse
maximale;
identifie la référence et l’indice de révision de son manuel d’activités par-
ticulières (MAP) en vigueur au jour de la déclaration;
attester avoir satisfait à l’ensemble de ses obligations réglementaires (voir
3.5.2).
La déclaration doit être :
renouvelée tous les 24 mois minimum
sans délai en cas de modifications affectant les données déclarées
4.5.2 Obligations
Vis à vis des aéronefs L’exploitant doit :
s’assurer qu’ils sont immatriculés et/ou enregistrés lorsque c’est requis;
s’assurer qu’ils sont homologués ou, lorsqu’une homologation n’est pas requise,
s’assurer que ces aéronefs satisfont les conditions techniques applicables;
les maintenir en état de navigabilité.
Quel cadre réglementaire? 65
Vis à vis des télépilotes L’exploitant doit :
tenir à jour dans son manuel d’activité particulière la liste des télépilotes autorisés,
avec l’indication des aéronefs qu’ils sont aptes à piloter et des activités qu’ils sont
aptes à réaliser;
s’assurer qu’ils sont conformes à l’arrêté Formation du 18 mai 2018;
définir les formations complémentaires à celles fixées par l’arrêté Formation du 18
mai 2018, adaptées aux opérations qu’il réalise et tenant compte des spécificités des
types d’aéronefs et des activités particulières de l’exploitant;
évaluer périodiquement leur compétence théorique et pratique.
L’exploitant doit établir et tenir à jour un dossier pour chaque télépilote contenant no-
tamment les certificats et titres aéronautiques détenus et les justificatifs des formations
reçues et des évaluations de compétence. Sur demande, l’exploitant met ce dossier à la
disposition du télépilote concerné et des autorités.
Le Manuel d’Activités Particulières (MAP) L’exploitant doit rédiger un Manuel d’ac-
tivités particulières (MAP) décrivant les modalités de mise en oeuvre de ses obligations
règlementaires. L’exploitant doit s’assurer que le MAP est connu et mis en application
stricte par le personnel concerné.
66
Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents services de l’État en
Eure-et-Loir
Le MAP contient :
l’organisation de l’exploitant;
la description des activités particulières (aéronefs, scénarios) ;
les modalités de gestion des compétences des télépilotes;
la liste des télépilotes autorisés;
la description du processus de compte-rendu, d’analyse et de suivi d’évè-
nement a;
les procédures générales de mise en oeuvre des aéronefs (préparation du
vol, protection des tiers au sol, procédures générales en vol);
Pour chaque type d’aéronef : limitations, performances, procédures nor-
males et d’urgence, basées le cas échéant sur les données du manuel d’uti-
lisation, auquel il est possible de faire référence, et complétées en tenant
compte des spécificités de l’exploitant et de ses activités.
a. Voir page 34 paragraphe 16.4 du Guide
Un canevas de MAP est disponible en ligne 15
5 Quelle stratégie de déploiement?
Dans l’hypothèse les serices de l’État se lancent dans l’acquistion de drones, cette
section propose des stratégies de déploiement qui tiennent compte de tous les paramètres
analysés dans le début de ce rapport.
5.1 La formation des agents
5.1.1 Formations pratique et théorique
Pour pouvoir piloter un drone, les agents doivent tout d’abord obtenir un certificat
d’aptitude théorique, délivré après réussite à un examen organisé par la DGAC. Toutes
les démarches à suivre sont indiquées dans le guide PPL-LAPL-BB-ULM / I-ULM
Télépilote de drone civil, disponible à l’adresse suivante :
15. Canevas à adapter : https://www.ecologique-solidaire.gouv.fr/drones-usages-professionnelse6
Quelle stratégie de déploiement? 67
https://www.ecologique-solidaire.gouv.fr/examens-theoriques-bb-ulm-iulm-telepilote-
laplpplah
Cet examen demande un investissement personnel non-négligeable 16. En effet, il est im-
pératif d’aborder des notions d’aéronautiques et de réglementation qui sont a priori tota-
lement étrangères au candidat (sauf si celui-ci est déjà passioné d’aviation ou s’apprêtait
déjà à passer cet examen). Ainsi, il est fortement recommandé de suivre des cours de
formation théorique dans un organisme reconnu par la DGAC.
Pour finir sa formation de base, le futur télépilote doit aussi recevoir une formation pra-
tique. Le télépilote ne peut pas assurer sa propre formation pratique. Il est donc im-
pératif de passer par un organisme reconnu par la DGAC. Le contenu de la formation
pratique dépend des scénarios envisagés par le télépilote et l’exploitant. Ainsi, dans le
cadre qui a été défini en section 3, la formation pratique devra se concentrer sur les
scénarios S1, S2 et S3.
5.1.2 Formation complémentaire
Il existe par ailleurs la possibilité de se former dans des utilisations bien spécifiques du
drone. On peut citer par exemple la photogrammétrie et la thermographie.
Ces formations ont un coût et les logiciels pour l’exploitation aussi (compter 4000 epour
un logiciel de photogrammétrie).
5.1.3 L’Organisme de formation
La Fédération Professionnelle du Drone Civil tient à jour une liste de ses organismes
adhérents autorisés à delivrer une formation. Après discussion avec la DDT 23, il s’est
avéré que les télépilotes étaient très satisfaits de l’organisme par lequel ils ont été formés.
Il s’agit d’EscaDrone 17. Pour les agents basés en Eure-et-Loir, l’organisme dispose d’un
Centre de formation en région parisienne, proche de Marne-la-Vallée.
16. Témoignage d’un télépilote de la DDT 23 : "J’estime que j’ai investir sur mon temps libre une
centaine d’heures de travail personnel"
17. EscaDrone : https://escadrone.com/
68
Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents services de l’État en
Eure-et-Loir
5.1.4 Estimation budgétaire
Pour le repérage d’organismes de formation, il a été identifié des organismes adhérents
de la Fédération Professionnelle du Drone Civil situés dans des départements limitrophes
(absence d’organismes de formation adhérents en Eure-et-Loir) ainsi que l’organisme
auquel a fait appel la DDT 23 car ils en ont été très satisfaits.
L’organisme EscaDrone, basé à Marne-la-Vallée, délivre une formation très complète qui
contient :
formation théorique, préparation à l’examen de la DGAC;
formation pratique, manipulation de différents drones ;
la formation aux vols programmés;
l’apprentissage de la réglementation relative au drone;
l’initiation aux démarches administratives.
La formation dure 5 jours et a un coût de 2910 eHT. L’organisme offre également une
formation à la photogrammétrie sur une durée de 4 jours et pour un coût de 2160 eHT.
L’organisme France-Survol, basé à Villeherviers 41, propose également des modules
de formation théorique intéressant. Leur formation inclut 5 jours de présentiel, du E-
learning et 2 jours de révisions intensives. La formation coûte 2100 eTTC.
Leur formation pratique est délivrée séparément, elle comprend également une aide op-
tionnelle à la déclaration d’activités et à la rédaction du MAP. Cette formation coûte
3420 eTTC.
Enfin, l’organisme propose également une formation à la photogrammétrie sur 2 jours à
2520 eTTC, et sur 3 jours avec application à l’agriculture à 3780 eTTC.
L’organisme Drone Center, basé à Brétigny sur Orge, présent dans le département limi-
trophe de l’Essonne propose également des prestations intéressantes. Le pack théorique
+ pratique est proposé au prix de 3550 e. La formation se déroule en 5 jours (5×1
2
journée formation théorique + 5×1
2journée formation pratique). La formation à la pho-
togrammétrie coûte elle 2500 eet se déroule également sur 5 jours.
Enfin, l’organisme propose séparément une aide à la rédaction du MAP. Cette aide se fait
Quelle stratégie de déploiement? 69
sur une journée et coûte 500 e. Cet organisme propose aussi une formation à la thermo-
graphie durant 3 jours et coûtant 2000 e.
Voici un tableau récapitulatif des organismes séléctionnés :
Organisme Lieu, distance
de Chartres
Formation
pratique
Formation
théorique
Formation
photo-
grammé-
trie
Aide à la
rédaction
du MAP
Coût to-
tal (sans
et avec
photogra-
métrie)
EscaDrone
Marne-la-
Vallée, 77
107km
2910 eHT
5 jours
2160 eHT
4 jours
non
2910 e, 5
jours
5070 e, 9
jours
Drone Center
Brétigny-sur-
Orge, 91
70km
3550 e
5 jours
2500 e
5 jours
500 e
1 jour
3550 e, 5
jours
6050 e, 10
jours
France Survol
Villeherviers,
41
152km
3420 e
3 jours
2100 e
5 jours
2520 e
2 jours
inclus dans
form. prat.
5520 e, 8
jours
8040 e, 10
jours
5.1.5 Aide de la Chambre d’Agriculture
Pour la formation à la photogrammétrie, il est important de noter que la Chambre d’Agri-
culture d’Eure-et-Loir a proposé son aide. Effectivement, celle-ci est déjà équipée d’un
drone depuis 2015. La première utilisation était l’aide à la fertilisation azotée des champs.
Ces missions nécessitent le traitement d’image et donc le recours à la photogrammétrie.
Ainsi, certains agents de la Chambre d’Agriculture maîtrisent la photogrammétrie et le
logiciel Pix4D.
La Chambre d’Agriculture a donc proposé que ses agents maîtrisant la photogrammétrie
puissent former les futurs télépilotes. Ceci représente une économie non-négligeable. Elle
a également proposé son aide pour la rédaction du MAP.
70
Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents services de l’État en
Eure-et-Loir
5.2 Organisation au sein des services de l’État
Sous réserve de la création d’une adresse mail générique (du type mission.drone@eure-
et-loir.gouv.fr) à l’attention de l’ensemble des télépilotes (comme l’a fait la DDTM 34),
il est proposé de procéder de la manière suivante :
FIGURE 2.6 Proposition de Logigramme
Dans la suite de cette section est proposé un type de formulaire de demande dont il est
question dans le logigramme ci-dessus. Ce formulaire demande notamment au service
désireux de réaliser une mission drone des précisions sur :
Quelle stratégie de déploiement? 71
la zone observée pour une éventuelle demande d’autorisation (zone peuplée);
la surface à observer, nécessaires pour prévoir le nombre de batteries qui seront
utilisées;
l’analyse de photos et/ou vidéos qui prendra du temps supplémentaire de traite-
ments de données aux agents et qui demande donc une organisation a posteriori.
72
Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents services de l’État en
Eure-et-Loir
DEMANDE DUNE MISSION DRONE
Ce formulaire doit être adressé avec un préavis de 15 jours ouvrables et doit être
transmis avec une carte de la zone.
DEMANDEUR
Service / Unité / Bureau sollicitant la mission :
Personne à contacter
NOM : Prénom : Téléphone :
adresse mail :
MISSION
Date de la mission (JJ/MM ou définir") :
Lieu de la mission :
Zone peuplée (oui/non) : Surface devant être observée (es-
timation) :
Photo/Vidéo :
Description (préciser la personne présente lors de la mission et le contenu de la mission) :
Date de la demande :
Signature :
Vu le
Par :
Quelle stratégie de déploiement? 73
5.3 Le matériel - drone et capteurs
Les modèles de drone sélectionnés ont été retenus selon trois critères;
leur polyvalence (photogrammétrie, prise de vue...) ;
l’homologation nécessaire pour le scénario S2;
leurs performances techniques.
Le capteur sélectionné est le capteur actuellement sur le marché offrant la plus grande
polyvalence (capteur multispectral) et la meilleure résolution.
Le premier scénario envisage une mutualisation des moyens dès la formation du per-
sonnel. En effet, en regardant la répartition des missions entre les différents services,
il paraît pertinent de former un agent dans chacun des services suivant; UD DREAL,
AFB/ONCFS, DDT.
Cependant, dans ce qui pourrait s’apparenter à une phase d’appropriation de ce nouvel
outil, il peut être envisagé de ne former des agents que dans un seul et unique service;
le SGREB. Ceci permettrait d’abord aux agents et au service de bien cerner l’usage du
drone, et ensuite de bien appréhender une future mutualisation avec l’AFB/ONCFS ainsi
qu’avec l’UD DREAL. C’est dans cette optique, qu’est proposé le deuxième scénario.
74
Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents services de l’État en
Eure-et-Loir
Quelle stratégie de déploiement? 75
5.4 Scénarios Envisageables
Organisation
Nombre d’agents formés 3
Nombre de Drone 2
Services concernés
AFB/ONCFS
UD DREAL
DDT-SGREB
Formation
Organisme de Formation Drone Center
jours.homme nécessaires à la formation 15
jours.homme nécessaires au passage de l’examen 3
Formation Photogrammétrie Assurée par agents Chambre d’agriculture
Matériel
Drone
DJI Phantom 4 RTK (homo-
logué S2)
Parrot BeBop Pro Thermal
(homologué S2)
Capteur Parrot Sequoia+
Logiciel Photogrammétrie DJI Terra Pro
Coût
Coût de formation 10650 e
Coût d’acquisition des drones DJI 7550 e, Parrot 1800 e
Coût capteur Sequoia+ 3200 e
Logiciel Photogrammétrie Inclus dans le prix du DJI
Ordinateur de Bureau +1000 e
Total 23 300 e
76
Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents services de l’État en
Eure-et-Loir
Organisation
Nombre d’agents formés 2
Nombre de Drone 1
Services concernés DDT-SGREB
Formation
Organisme de Formation Drone Center
jours.homme nécessaires à la formation 10
jours.homme nécessaires au passage de l’examen 2
Formation Photogrammétrie Assurée par agents Chambre d’agriculture
Matériel
Drone DJI Phantom 4 RTK (homologué S2)
Capteur Parrot Sequoia+
Logiciel Photogrammétrie DJI Terra Pro
Coût
Coût de formation (sans déplacement ni logment) 7100 e
Coût d’acquisition du drone 7550 e
Coût capteur Sequoia+ 3200 e
Logiciel Photogrammétrie Inclus dans le prix du DJI
Ordinateur de Bureau +1000 e
Total 18 850 e
Synthèse 77
6 Synthèse
Cette étude a été réalisée pour examiner les potentielles utilisations de drones dans les
services de l’État en Eure-et-Loir. L’étude a été concentrée sur les besoins existants, la
réglementation en vigueur et les éventuelles stratégies de déploiements. Les utilisations
de drones représentent des journées de travail pour les agents et sont donc des opportunités
pour "rentabiliser" l’investissement des services dans cet outil de travail. Regardons donc
les chiffres :
459 jours.homme comptabilisés sur 19 missions différentes sans compter la gestion
de crise
120 jours.homme pour la DDT (26%);
159 jours.homme pour l’AFB/ONCFS (35%);
180 jours.homme pour l’UD DREAL (39%);
15 jours.homme nécessaires à la formation de télépilote pour un agent de
l’AFB/ONCFS, un agent de la DDT et un agent de l’UD DREAL.
Il est a priori fort peu probable que les drones, et donc les agents télépilotes, soient mo-
bilisés sur l’ensemble de ces missions chaque année. Il ne faut pas oublier par ailleurs
que ces chiffres ne contiennent pas ceux liés à la gestion de crise. En imaginant donc
que les drones soient demandés sur seulement 50% des missions, cela représente 230
jours.homme, et donc autant d’opportunités de mettre à profit les formations des nou-
veaux agents télépilotes.
De plus, il est important de noter la difficulté pour quantifier le potentiel gain de temps
apporté par l’utilisation de drone. Tout d’abord parce que le drone doit être vu avant tout
comme un outil précieux qui permet à tout moment d’obtenir des mesures inédites et d’en
consolider certaines. Il offre surtout la possibilités de mettre en place des suivis réguliers
et récurrents à moindre coût. Ensuite, de par ce gain de qualité et précision le drone amè-
nera certains agents à passer plus de temps sur le terrain. Pour la surveillance de coupe
sous RAA par exemple, le drone permettra de faire des suivis et des surveillances plus
précises et plus justes (pour le moment un simple tour en voiture des parcelles est effec-
tué et est donc parfois peu fiable). Pour la gestion d’inondations par exemple; jusqu’à
maintenant les agents se postaient à un point et prenaient des photos, avec le drone ils
pourraient effectuer des vols pour mieux cartographier donc ils resteront plus de temps
sur le terrain.
78
Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents services de l’État en
Eure-et-Loir
Le drone n’est pas un gadget. L’exploitant, le télépilote et l’aéronef forment une équipe
qui doit respecter avant, pendant et après le vol une réglementation très stricte. L’exploi-
tant doit déclarer son activité à la DGAC et rédiger un Manuel d’Activités Particulières
qui décrit les modalités de mise en oeuvre de la flotte, l’équipe de télépilotes, les scé-
narios réalisables etc. Le Télépilote quant à lui doit préparer son vol conformément à
la réglementation aéronautique en fonction du scénario dans lequel il va évoluer, il doit
faire les démarches nécessaires pour obtenir des autorisations de survol dans certains cas,
déclarer bien en avance les prises de vue dans les spectres visible et invisible ... Cette
réglementation a pour but de rendre l’utilisation efficace en s’adaptant à l’environnement
de l’aéronef, et assure en même temps une sécurité pour tous.
La réglementation ainsi que le coût nécessaire à l’obtention puis l’exploitation de cette
technologie peuvent freiner aux premiers abords. Cependant le drone offre une certaine
indépendance aux services de l’État ce qui est non négligeable lorsque l’on prend me-
sure des coûts pour engager des prestataires et les mauvaises surprises qu’il peut y avoir
au moment de la restitution des données. En effet le drone permet des suivis réguliers
et récurrents à moindre coût dans des domaines extrêmement variés; urbanisme, police
de l’environnement, gestion de crise ... C’est bien évidemment l’expérience et les retours
d’expérience qui permettront aux (futurs) agents formés de pouvoir s’adapter à tout type
de missions et de terrain. C’est avec cette apprentissage que le drone, bien que mobili-
sable dans un champ très large de missions, permettra de répondre à des problématiques
de plus en plus précises.
Par ailleurs, il est important de noter que cette technologie s’améliore sans cesse ainsi que
les outils qui l’équipent. Ainsi, le télépilote aura toujours la possibilité de se former à de
nouveaux outils, acquérir de nouvelles compétences et donc innover dans ses méthodes de
travail. Le drone ne peut donc évoluer que pour devenir un atout précieux pour les agents
dans leur travail et pour les services de l’État dans leur gestion des territoires. Néanmoins
il relève de la discrétion de chacun d’en faire un bon usage.
Bon vol!
Bibliographie - Liens Utiles - Contacts 79
7 Bibliographie - Liens Utiles - Contacts
7.1 Relatif à la DDTM 34
club de l’innovation
intra.ddtm-herault.i2/equipe-fonctionnement-a8066.html
mission drone
intra.ddtm-herault.i2/mission-drone-r3133.html
7.2 Relatif à la réglementation en vigueur (au mois de juillet 2019)
Usage de drones professionnels - DGAC
ecologique-solidaire.gouv.fr/drones-usages-professionnelse0
Loi Drone
legifrance.gouv.fr/eli/loi/2016/10/24/DEVX1614320L/jo/texte
Démarche en ligne AlphaTango
ecologique-solidaire.gouv.fr/alphatango
7.3 Relatif à la formation de télépilote
Examen théorique télépilote
ecologique-solidaire.gouv.fr/examens-theoriques-bb-ulm-iulm-telepilote-
laplpplahe0
Drone Exam (site qui permet de s’entraîner à l’examen théorique)
drone-exam.fr
EscaDrone :
escadrone.com
France-Survol :
france-survol.com/index.php
Drone-Center
drones-center.com
80
Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents services de l’État en
Eure-et-Loir
7.4 Relatif à l’aéronautique
Cartes VAC
www.sia.aviation-civile.gouv.fr
Météo Aéronautique
aviation.meteo.fr
Cartes OACI
www.geoportail.gouv.fr
7.5 Personnes Contactées
Agent Poste Service
Alain CARLIER Chef de Service ONCFS
Patrick CARRIGNON Gestion durable de la forêt DDT28/SGREB
Steven CORS Inspecteur de l’Environnement UD DREAL
Raphaël DÉMOLIS Chef de Service DDT28/SGREB
Caroline DOLACINSKI Architecte des Bâtiments de France DRAC
Laurence DUCASSE Chef de Bureau DDT28/SAUH/ANAH
Anne-Laure DUFRETEL Adjointe au Chef de Service DDT28/SEA
Jean-Luc FANTHOU Chef de pôle Forêt et Aménagement Foncier DDT 23
Sandrine FOURCHER-MICHELIN Responsable de bureau DDT28/SAUH/BADS
Anne-Gael GUERIN Chef de Service DDT28/SERBAT
Stéphane MAGNIOL Chef de Bureau DDT28/SERBAT/BSD
Chrystel MEAR Chargée de mission Développement Durable DDT28/SCTP
Isabelle MESLIER Chef de Service DDT28/SG
Philippe REIS Délégation à la Mer et au Littoral DDTM 34
Simon ROUSSIGNE Adjoint au chef de bureau DDT28/SAUH/BPAT
Philippe SAGETTE Char de Gestion de Crise DDT28/SERBAT
Thierry SAVOIE Chef de service CA2E Chambre d’Agriculture
Jean-Luc TENIN Gestion pluviale et d’hydraulique agricole DDT28/SGREB
Organisation du Stage et ressenti 81
8 Organisation du Stage et ressenti
Sur toute la période du mois de juillet monsieur Démolis a été mon tuteur de stage au
sein de la Direction Départementale des Territoires de l’Eure-et-Loir dans le Service de
la Gestion des Risques, de l’Eau et de la Biodiversité. L’objectif de ce stage était double :
étudier les opportunités d’utilisation des drones dans les différents services de la
DDT;
appréhender le travail d’un IPEF.
Le premier objectif a été légèrement modifié. En effet, après une semaine de stage, le
Directeur des Territoires a souhaité que je fasse au Comité de Direction une présentation
au sujet de l’usage potentiel des drones dans une DDT. Le directeur a ensuite évoqué
cette présentation ainsi que l’étude que je faisais au Comité de Direction Préfecture. A la
suite de ce Comité de Direction, on m’a demandé d’élargir mon étude à d’autres services
de l’État, notamment l’AFB/ONCFS ainsi que l’UD DREAL. J’ai trouvé cette demande
très gratifiante et intéressante puisqu’elle nécessitait de ma part d’interagir avec des ser-
vices de l’État encore plus variés. Effectivement ma méthode de travail consistait pour
une grande partie d’entretiens avec les différents agents des services de l’État; urbaniste
paysagiste de l’ État, architecte des bâtiments de France, inspecteur de l’ environnement...
Finalement, ce stage aura été pour moi l’occasion de découvrir des services de l’État
extrêmement intéressants et d’interagir avec des agents agissant dans des domaines très
variés. Les services en question mènent les politiques territoriales du gouvernement et
sont souvent peu connus des citoyens. Pourtant ils ont un impact concret et sensible sur
la société dans laquelle nous vivons. Pouvoir approcher ces agents et les services dans
lesquels ils travaillent m’a apporté une meilleure connaissance de l’organisation de notre
État et de ses territoires, et m’a rendu encore plus déterminé à travailler à l’élaboration de
politiques publiques.
82
Évaluation des opportunités d’utilisation de drones dans les différents services de l’État en
Eure-et-Loir
3.
Analyse de sensibilité et simulation
thermique dynamique sur les bâtiments
de gare
Dans le cadre de ma deuxième année au sein du département de Génie Civil et Envi-
ronnemental de l’ENS Paris-Saclay j’ai eu à réaliser un projet d’initiation à la recherche
(PIR) pendant le premier semestre. Suite à une série de conférences visant à établir un lien
entre jeunes élèves de l’école et anciens élèves, j’ai découvert l’entreprise Arep. C’est au
sein de son bureau de recherche et développement spécialisé en modélisation numériques,
L’hypercube, et sous la supervision d’Édouard Walther, que j’ai donc souhaité réalisé ce
projet. Cette expérience a été un premier contact avec le monde du travail, dans une en-
treprise investie dans des projets de grandes infrastructures.
Le rendu du projet devait prendre la forme d’une proposition d’article de recherche en an-
glais. C’est ce rendu, proposant des pistes de réflexion pour diminuer les temps de calcul
nécessaires aux simulations thermique dynamiques, qui est présenté dans ce qui suit.
Sommaire
1 Introduction ................................. 84
2 Morris Sensitivity Analysis ......................... 84
3 Sensitivity of direct outputs to material, glazing and airflow features . . 86
4 Sensitivity of indirect outputs to material, glazing and airflow features . 87
5 Impact of material properties uncertainty on outputs .......... 89
6 Concluding Remarks ............................ 91
84 Analyse de sensibilité et simulation thermique dynamique sur les bâtiments de gare
Abstract
Building Energy Simulation (BES) and Comfort analysis are important tools in civil engi-
neering when it comes to complex structures such as train stations. However, the simula-
tions involved may be a very long process. It is therefore relevant to conduct a sensitivity
analysis on models before running a complete BES and analysing comfort, as it will re-
duce the number of relevant parameters taken into account. Yet, few sensitivity analyses
have been carried out on a large number of parameters.
The aim of this study is to take into account every parameter (754) likely to impact the
comfort and the results of the BES. It is shown that there are very few relevant parameters.
Moreover, there is no need to calculate thermal indexes when studying comfort once the
relevant parameters are known.
Key Words
Sensitivity Analysis, Morris Sensitivity Analysis, Building Energy Simulation, Comfort,
Thermal Indexes,
1 Introduction
The intent here is to find whether the comfort (indirect output), the temperature and the
relative humidity (direct outputs) in the station are sensitive to the same inputs, and how
the uncertainty for these inputs impacts our results. The sensitivity analysis in common
buildings has been thoroughly studied (SCHALBART,2018; WOLOSZYN,2018), however
often with a limited number of parameters. Hence the aim of this paper; running several
Morris sensitivity analysis on a significant number of parameters (= 754), forming the
originality of the present work. The sensitivity analysis has been ran using the whole
features of the materials, the ventilation setup and the characteristics of the windows used
to design the Strasbourg Train Station.
2 Morris Sensitivity Analysis
The aim of Sensitivity Analysis is to reduce the uncertainty of a model output by prioriti-
sing the model inputs. The Morris Sensitivity Analysis (Morris SA) is a one-step-at-a-time
method (OAT) (B. IOOSS,1994). The aim is to change only one parameter in each run
and to calculate the elementary effect, each parameter can take a clearly define number
Morris Sensitivity Analysis 85
of different values which is called the number of levels. In what follows, four levels were
used. This approach consists in calculating or estimating the partial derivatives of the mo-
del at a specific point (elementary effects method), Figure 1 illustrates this principle. It
is then possible to calculate the mean µand the standard deviation σ(MORRIS,1991),
Figure 2 shows how results are shaped.
FIGURE 3.1 Morris Screening
(E.WALTHER,s. d.-b)
FIGURE 3.2 Graph linking µand σ
(E.WALTHER,s. d.-b)
This visualisation allows to discuss if the effect of a parameter is negligible, linear and
additive, non-linear or involved in interaction with other inputs. The larger the mean of
the absolute value of the elementary effects of a parameter, denoted µ, is, the greater the
influence of this parameter on the model will be. The standard deviation, denoted σ, is
an indicator of the dispersion of results and provides an insight on potential non-linearity
and/or coupled phenomena. In a first approach, the sufficient amount nof runs needed to
conduct accurate SA is :
n= 10 ×(d+ 1)
where d is the number of parameters.
The development to follow will discuss the use of this analysis on the results of several
BES, conducted with Energy+ v8.3.0 (E+) on Strasbourg’s Train Station. As previously
said, 754 inputs were assessed in order to be as exhaustive as possible, and to identify
potential interactions between parameters.
86 Analyse de sensibilité et simulation thermique dynamique sur les bâtiments de gare
3 Sensitivity of direct outputs to material, glazing and
airflow features
Train stations are transit zones where visiting figures are highly variable. Moreover, train
stations are semi-opened places, making comfort difficult to ensure. It is therefore relevant
to assess the comfort at different periods of the year in such places in order to improve
the design. The sensitivity of direct outputs such as the ambient temperature, the radiant
temperature, and the relative humidity, denoted respectively Ta,Trand HR, was first
assessed.
Using the results of BES ran with E+, the sensitivity of Ta,Trand HR to the overall
features of the train station was assessed. The AS was firstly conducted on the 754 inputs,
this means that n= 10 ×(754 + 1) = 7550 simulations were conducted. In order to
have a readable graph only the inputs having an effect superior to the bounds proposed
hereinafter were taken into account : µ > 0.3C for Ta, Trand µ > 0.6% for HR. The
results obtained are presented below in Figures 3, 4 and 5.
FIGURE 3.3 Morris SA performed on
Tr
FIGURE 3.4 Morris SA performed on
Ta
FIGURE 3.5 Morris SA performed on RH
Sensitivity of indirect outputs to material, glazing and airflow features 87
It is essential to notify that the inputs presented in this paper are denoted differently as
they are in the Input Data File (IDF) given to Energy+ (EnergyPlus™ Version 8.8.0 Do-
cumentation, Input Output Reference,2017). In order to present readable graphs the name
of the inputs were shortened. These graphs allow us to say that the following inputs have
an impact whereas the other inputs have no effects :
T hickness1001 (stands for the thickness of the slab under the flooring);
T46 (stands for the transmittance of the glazing used on the roof of the Atrium );
ϵ46,IR (stands for the infrared hemispherical emissivity of the glazing used on the
roof of the Atrium);
ϵ3,IR (stands for the infrared hemispherical emissivity of the glazing used on the
side of the Atrium);
A003 (stands for the solar absorptance of the flooring of the Atrium);
T3(stands for the transmittance of the glazing used on the side of the Atrium) .
Finally this screening phase demonstrates that several hundred inputs (748) have no in-
fluence on the direct outputs. In what follows, it shall be assessed if the inputs previously
identified as influential are the same which affect the comfort of visitors (that is, indirect
outputs).
4 Sensitivity of indirect outputs to material, glazing and
airflow features
In this section, the impact of the features of the station on indirect outputs, namely the
comfort indexes, is examined.
When it comes to comfort, it is highly relevant to calculate thermal indexes based on
the energy balance of the human body. In this study both the Physiologically Equivalent
Temperature (PET) and the Standard Effective Temperature (SET) were calculated. These
indexes are a combination of balance equations and refer to a standardised indoor setting,
using important meteorological and thermo-physiological parameters. It is therefore pos-
sible to access the mean skin temperature, the core temperature and the skin wetness. PET
is then defined to be equivalent to the air temperature that is required to reproduce in a
standardised indoor setting and for a standardised person the core and skin temperatures
88 Analyse de sensibilité et simulation thermique dynamique sur les bâtiments de gare
that are observed under the conditions being assessed (A. MATZARAKIS,2008). Figure
6 illustrates this model :
FIGURE 3.6 Real and Standardised settings that reproduce the same skin wetness and
skin temperature (E.WALTHER,s. d.-a)
The computation was performed on both thermal comfort indexes as, up to now, there is
no consensus about which one should be used. However, as stated previously, calculating
the PET and the SET requires a significant time of calculation and therefore might not be
cost effective. The aim of what follows is to assess if the direct and the indirect outputs
are sensitive to the same inputs.
The PET and the SET were finally calculated thanks to the results of our 7550 simulations.
Then Morris SA were conducted using these thermal indexes as outputs. Here are our
results :
FIGURE 3.7 Morris SA performed on
P ET
FIGURE 3.8 Morris SA performed on
SET
These results show that the direct and the indirect outputs are sensitive to the same Station
features, even though effects seem to be greater on the SET. Given that the SET is known
to be the most comprehensive (TINZ,2011), it also might be the most sensitive. The
conclusion is twofold :
Impact of material properties uncertainty on outputs 89
identifying what affects the most the direct outputs, comes down to identify what
affects the most the indirect outputs ;
there is no need to calculate the PET and the SET.
5 Impact of material properties uncertainty on outputs
In this section, the uncertainty of the Inputs is assessed, especially as the material pro-
perties are concerned (transmittance, emissivity, absorptance ...). Indeed, in retrofitting
of existing buildings, the materials’ properties are seldom well characterized. It is hypo-
thesised that the 6 parameters identified previously are distributed according to a normal
distribution. Therefore Morris SA has to be adapted because it requires values to be uni-
formly distributed. Each parameter, denoted with the subscript i,was converted into a
(4 ×1) vector, Xi= (x1,i, x2,i, x3,i, x4,i)t, using a normal distribution. The mean of this
distribution, µi, was defined as the original value of the parameter and the standard devia-
tion, σi, was arbitrarily defined. Python was used to generate the cumulative distribution
function, denoted F, and the inverse of the cumulative function, denoted F1.The new
values were chosen as presented below :
i {1, ..., 6}Xi=µi Xi=
x1,i|F1(5) = x1,i
x2,i|F1(35) = x2,i
x3,i|F1(65) = x3,i
x4,i|F1(95) = x4,i
Figure 9 illustrates how the values of the parameters were chosen, allowing to work with
the same numerical procedure and to integrate a distribution into Morris’ method :
FIGURE 3.9 The values selected correspond to 5%, 35%, 65%, 95% of the distribution.
A sampling scheme is then generated using the four subscripts of each parameters ( 4
90 Analyse de sensibilité et simulation thermique dynamique sur les bâtiments de gare
levels 4 subscripts). Once the scheme developed, every subscripts was matched to
its corresponding value of the corresponding parameters. The elementary effects method
(F. CAMPOLONGO,2011 ; MORRIS,1991) as in the Morris sensitivity analysis was even-
tually used. Here are our results :
FIGURE 3.10 Elementary Effects SA
performed on Ta
FIGURE 3.11 Elementary Effects SA
performed on Tr
FIGURE 3.12 Elementary Effects SA performed on RH
These results show that the outputs are still highly impacted by the same parameters
even when a normal distribution (instead of the uniform distribution used in a Morris
SA) is used. Furthermore, these results reveal higher standard deviation than previously
observed. Whereas parameters seemed to have isolated impacts when assessed with the
Morris SA, the same parameters seem to be implied in interactions with each other and/or
to have non-linear effects when assessed with a normal distribution to generate a sampling
scheme.
Concluding Remarks 91
6 Concluding Remarks
The final results shown that the BES is highly sensitive to the optical parameters of the
building envelope. Moreover, the sensitivity analysis demonstrated that the direct and in-
direct outputs are impacted by these very same parameters in a consistent manner, thus
making the calculation of indexes such as the PET and the SET optional. However, the
implication of these parameters remains unclear. Indeed, the interactions between para-
meters seem to be hidden or revealed depending on the sensitivity analysis that has been
ran. Further investigations are needed to be completely unequivocal. In the present work,
four levels were used to perform the sensitivity analysis. Finally, further investigations on
the adaptation of the method could be lead on an increased number of levels in order to
assess the relevance of the method.
92 Analyse de sensibilité et simulation thermique dynamique sur les bâtiments de gare
4.
Modélisation de flux piétons en gare
Enthousiasmé par la dynamique de travail mise en place lors du Projet d’Initiation à la
Recherche effectué chez Arep, nous avons décidé avec mes collègues de continuer notre
collaboration. C’est ainsi qu’ils m’ont proposé de revenir effectuer un stage de master 1,
toujours au sein de L’hypercube et cette fois-ci en collaboration avec le bureau d’études
des flux. Ce dernier souhaitait faire évoluer son modèle de flux piétons en gare. Étant
donné que la majorité de l’expertise en modélisation numérique est développée à L’hy-
percube, ils se sont adressés à ce dernier. Cette collaboration coïncidait avec mon arrivée
et j’ai souhaité me greffer sur le projet.
Le mémoire qui suit présente donc les étapes de l’élaboration de l’outil de modélisation
de flux piétons. Tout en étant investi dans des projets de transports de biens et de per-
sonnes, ce travail m’a permis d’approfondir mes connaissances dans des domaines des
mathématiques peu traités lors de ma formation à l’ENS.
Sommaire
1 Introduction ................................. 94
2 Analyse des solutions exitantes et choix du modèle ............ 96
3 Stucture de l’algorithme et traitement des données d’entrée .......103
4 Premiers résultats ..............................111
5 Conclusion ..................................122
94 Modélisation de flux piétons en gare
1 Introduction
Le déplacement des personnes dans les villes est un enjeu important du développement
du territoire. Le développement soutenable des grandes agglomérations et des zones péri-
urbaines doit inévitablement passer par l’aménagement de transports en commun. Ces
transports sont soumis à des contraintes variables (utilisation en heure creuse/heure de
pointe, modification de l’environnement extérieur etc.) et doivent donc être capables de ré-
pondre à une demande instable. Par ailleurs, lorsque le développement des transports s’ef-
fectue dans un paysage urbain déjà bien installé, il est fréquent d’assister à la croissance
de réseaux souterrains. Cet enfouissement des transports apporte de nouvelles contraintes
(renouvellement de l’air, filtration des particules, évacuation en cas d’incident ...). De
plus, il est pertinent de noter que nombre de gares sont investies par des commerces qui
peuvent parfois transformer des couloirs en galeries marchandes. Il devient alors indis-
pensable d’étudier le comportement des usagers de la gare et leur parcours au sein de
celle-ci. Enfin, il est tout aussi important de connaître les capacités de la gare en termes
de débit, de contenance et d’évacuation. Effectivement, pour assurer une circulation fluide
dans la gare il est nécessaire d’étudier les débits acceptables ainsi que la contenance maxi-
male. De plus, pour garantir la sécurité des usagers, il est primordial de savoir combien
de temps un usager peut rejoindre une issue depuis la position qu’il occupe.
La simulation de flux piétons dans une gare est donc un outil important pour aider aux
dimensionnement en phase projet par exemple, ou encore aider à la mise en place de plans
d’évacuation. La dynamique des foules est une science passionnante, proposant une mul-
titude de modèles. Cependant, tous les modèles ne permettent pas de simuler n’importe
quelle situation, l’adaptabilité de ceux-ci est restreinte. Tout l’enjeu des modèles numé-
riques de flux de piétons est de pouvoir reproduire le comportement d’êtres humains en
foule grâce à des règles mathématiques simples simples » dans le sens ils simpli-
fient nécessairement la réalité, un humain ne pouvant être défini par des règles mathéma-
tiques). La contrainte principale lors du développement de tels modèles est de pouvoir
effectuer des calculs dont la résolution peut s’effectuer en un temps acceptable. Il paraît
par exemple raisonnable de ne pas développer nécessitant plusieurs heures de calculs pour
quelques secondes de simulation. Cette contrainte d’efficacité implique des choix sur le
type de modèles que l’on souhaite développer. Dans la phase de préparation du stage, il a
donc fallu se plonger dans la littérature pour déterminer quel type de modèle serait le plus
judicieux au vu des besoins d’AREP.
Finalement, un modèle ne pouvant être validé que par des observations empiriques de
Introduction 95
comportement de foule, ce dernier doit être « suffisamment » paramétrable et adaptatif
afin de permettre sa bonne calibration.
Simplicité de code, efficacité de calcul et pertinence des résultats, voici les notions qui ont
dirigé la mise en place d’un nouvel outil de simulation de flux de passagers pour AREP,
bureau d’architecture et d’ingénierie de la SNCF.
En 2017 est apparue l’existence d’un nouveau besoin pour AREP. En effet, l’entreprise
était déjà dotée de deux outils de simulation de flux piétons :
un outil sous forme de fichier de calcul excel, qui donne accès à trop peu d’infor-
mations en vu d’un post-traitement et d’analyses fines;
le logiciel LEGION 1qui est un outil mondialement utilisé, mais qui nécessite une
très grande capacité de calculs.
Ainsi, l’objectif pour AREP est d’avoir un outil complémentaire à ceux déjà existant et
qui permettra donc; d’enrichir les résultats, modéliser/analyser les déplacements piétons
en gare. L’outil doit répondre aux spécifications suivantes :
traitement rapide des données d’entrées;
manipulation facile;
visualisation graphique des résultats.
Ce cahier des charges, associé aux exigences de simplicité de code, d’efficacité de cal-
cul et de pertinence de résultats, ont permis d’orienter rapidement les recherches pour le
développement de l’outil. Dans ce qui suit seront présentées les différentes étapes de la
création de ce nouvel outil, ainsi que les premiers résultats, assez encourageant pour la
suite.
Finalement, outre le développement d’un nouvel outil, l’enjeu pour AREP était aussi de
développer des synergies métier. En effet, la demande de l’outil a d’abord été formulé
par le département Flux & Mobilités d’AREP et L’Hypercube, département de recherche
appliquée, avait pour mission de répondre à cette demande. Le stage a donc permis de
mettre en relation des connaissances métier en modélisation de flux et les compétences en
recherche appliquée et notamment en méthodes numériques de L’hypercube. C’est donc
un projet commun entre deux entités différentes d’AREP qui a permis la réalisation de ce
stage.
1. Bentley Software : https ://www.bentley.com/fr/products/brands/legion
96 Modélisation de flux piétons en gare
2 Analyse des solutions exitantes et choix du modèle
2.1 Choix de modèle
La dynamique des foules est un sujet de mathématiques appliquées foisonnant. Sa modé-
lisation s’avère fort utile pour de nombreux domaines comme les transports en commun,
la gestion du territoire ou encore la planification urbaine (PECOL,2011). Il existe une
grande varitété de modèles qui peuvent se classer essentiellement en deux catégories, qui
les distinguent selon leur manière de représenter la foule; les modèles macroscopiques
(mouvements décrits par Équations aux Dérivées Partielles) et les modèles microsco-
piques (mouvements décrits par Équations Différentielles Ordinaires) (REDA,2017). Une
autre classification peut se faire selon le type de dynamique régissant le mouvement. Si
deux piétons différents se trouvant dans une situation identique ont le même mouvement,
alors il s’agit d’une dynamique dite déterministe. Sinon, il s’agit d’une dynamique sto-
chastique. Dans la suite, il sera expliqué que le modèle développé lors de ce stage répond
à une dynamique stochastique.
2.1.1 Les Automates Cellulaires
Les automates cellulaires sont des grilles régulière de cellules qui sont dans un état. Cet
état est susceptible d’évoluer au cours du temps et est choisi parmi un ensemble, par
exemple [Vide, Occupée, Obstacle] dans notre cas. Comme nous le verrons dans la suite,
l’état d’une cellule se propage de proche en proche dans le temps, en fonction de son
voisinnage . Ici, une cellule occupée représente un piéton.
Les automates cellulaires sont le sujet d’un nombre important de recherches sur les mou-
vements de foule et les modélisations de traffic. Les premiers travaux (BIHAM et al., 1992;
NAGEL & SCHRECKENBERG,1992; SCHRECKENBERG et al., 1995) datent maintenant
de plus d’une vingtaine d’année et cette branche de la modélisation de foule commence
donc a être fournie. Néanmoins, les modèles continus basés sur le principe de « forces
sociales » connaissent un plus grand succès (HELBING & MOLNÁR,1995) (HELBING,
2001). Dans ces modèles, les piétons sont des particules dont les mouvements sont régis
par des forces (dites « sociales ») menant à des équations similaires à celles de la méca-
nique Newtonienne. C’est justement cet aspect continu ainsi que la résolution d’équations
qui rendent ces modèles onéreux en temps de calcul. Les automates celluaires que l’on
Analyse des solutions exitantes et choix du modèle 97
a développé par la suite permettent de traiter chaque piéton simultanément et indépen-
damment et donc d’avoir recours au calcul parallèle, réduisant ainsi les temps de calcul.
De plus, les automates cellulaires développés permettent une simulation en 2D. Dans la
section qui suit, on s’intéresse au FFCA, ou automate cellulaire à champs de sol.
2.1.2 Floor Field Cellular Automata
L’objectif principale lors de la modélisation de mouvements de foule est de pouvoir
reproduire des phénomènes de groupe que l’on observe dans la réalité, comme la for-
mation de lignes, des engorgements, etc. Les Floor Field Cellular Automata permettent
de recréer des interactions longue-portée (i.e. ce qui se passe en amont du piéton et qui
n’est pas dans son environnement direct l’influence) entre piétons via des floor field,
littéralement des « champs de sol ». Dans le modèle développé et présenté ci-après,
nous proposons d’utiliser deux champs de sol distincts; le Static Floor Field ou SFF, et
le Dynamic Floor Field ou DFF. Le fonctionnement de chacun de ces champs et leur
impact sur la simulation seront présentés dans ce qui suit. Il est essentiel de retenir que
ces champs peuvent être continus ou discrets. Dans le cas présent, nous avons utilisé des
champs discrets pour simplifier l’écriture de code.
De plus, il est important de noter que le DFF est un champ qui, comme son nom l’indique,
est dynamique. c’est-à-dire qu’il évolue avec le mouvement des piétons. Il est aussi
soumis à une diffusion et à un déclin (diffusion and decay (BURSTEDDE et al., 2001)),
qui sont des paramètres modifiant le comportement des piétons et sur lesquels l’opérateur
peut influer. Ces paramètres ainsi que d’autres qui seront présentés plus tard, permettent
finalement à l’automate cellulaire de représenter assez fidèlement les phénomènes de
groupe (BURSTEDDE et al., 2001). En effet, dans ce type d’automate cellulaire les
piétons qui se déplacent sur une grille laissent une trace en modifiant le DFF. Cette trace
influence ensuite les autres piétons, en les rendant plus ou moins sensibles aux trajets
déjà empruntés.
2.2 Principe de fonctionnement du Floor Field Cellular Automata
Dans cette section, on présente le principe général permettant de simuler un flux de pié-
tons dans un espace grâce au Floor Field Cellular Automata. Le modèle qui a été déve-
loppé est un modèle dans lequel les piétons peuvent se déplacer uniquement de proche en
98 Modélisation de flux piétons en gare
proche à chaque pas de temps (vmax = 1). Autrement dit, à chaque itération, un piéton
n’a la possibilité de se déplacer que dans les cases immédiatement voisines.
2.2.1 Déplacement
Comme on l’a précisé précédemment, à chaque itération un piéton ne peut se déplacer
que dans les cellules adjacentes. Les piétons se déplacent donc sur une grille à deux
dimensions, qui comportent des entrées et des sorties. Dans notre étude, les portes de
train representeront des entrées sur les quais, tandis que les escaliers et autres circula-
tion verticales (ascenseurs, remontées mécaniques) seront considérées comme des sorties.
La grille générique est composée de cellules carrées de surface 40 ×40cm2. Il s’agit
de l’espace typiquement occupé par une personne dans une une foule assez dense
(WEIDMANN,1992-01). Cette surface peut être modifiée par l’opérateur mais restera
inchangée tout au long d’une simulation. À chaque itération, le piéton a le choix de
se déplacer vers une cellule voisine avec une certaine probabilité. Le calcul de ces
probabilités étant indépendant pour chaque piétons, il peut se faire en parallèle, ce qui
permet de gagner du temps. Dans la suite on explique comment les conflits sont gérés
après avoir calculé toutes les probabilités de déplacement. Étant donné que l’on connaît
la taille d’une cellule et que la vitesse moyenne de déplacement d’un piéton dans une
foule est de 1.3m.s1(WEIDMANN,1992-01), on peut calculer aisément le pas de
temps de la simulation : t0.3s.
Chaque piéton peut donc se déplacer selon le schéma présenté FIG.4.1 :
FIGURE 4.1 Voisinage d’un piéton et possibilité de déplacement associées
Comme le montre la FIG.4.2, on raisonne en terme de (ligne, colonne), d’où la numéro-
Analyse des solutions exitantes et choix du modèle 99
tation des coordonnées.
Une fois les directions possibles identifiées, on peut introduire le principe de matrice
de préférence. La matrice de préférence est une traduction mathématique du voisinage
d’une cellule, c’est donc une matrice 3×3. Chaque jeu de coordonnées (i,j) i, j
[1; 1] ×[1; 1], permet de stocker la probabilité de mouvement dans la direction de
mêmes coordonnées. Le principe est schématisé dans la FIG.4.2 :
FIGURE 4.2 Matrice de préférence
Dans ce schéma, l’élément central M0,0représente la probabilité pour un piéton de ne
pas bouger. Les 8 autres éléments représentent quant à eux les probabilités d’effectuer un
mouvement vers une cellule voisine dont les coordonnées locales par rapport à l’élément
central sont données en indice.
Enfin, dans notre cas les mouvements en diagonale ne seront par pris en compte. Effective-
ment, d’après (BURSTEDDE et al., 2001), les seuls mouvements transversaux et latéraux
suffisent à reproduire les effets de foule. La figure 4.3 représente ce nouveau voisinage :
FIGURE 4.3 Voisinage utilisé
100 Modélisation de flux piétons en gare
2.2.2 Static Floor Field
Dans certains modèles continus, comme ceux présentés dans (HELBING,2001) et
(HELBING & MOLR,1995), le principe de forces sociales est utilisé pour simuler
les interactions à longue-portée entre piétons. Dans le cadre de l’automate cellulaire pré-
senté ici et largement inspiré de (BURSTEDDE et al., 2001), on utilise le principe de Floor
Field. Ces champs peuvent être vus comme une grille qui vient se superposer à l’automate
cellulaire et qui permet d’attribuer des valeurs (ici des probabilités) à chaque cellule de
l’automate cellulaire.
Le SFF est un champ qui n’évolue pas au cours de la simulation. Il représente la distance
(en terme de nombre de cellules) entre une cellule et la sortie la plus proche. Dans les
modèles continus comme présentés dans (MAURY,2011), cette distance est associée à
une insatisfaction; plus on est éloigné de la sortie, moins on est satisfait. Une fonction
d’insatisfaction (traduite mathématiquement par un gradient) permet alors de générer des
iso-valeurs d’insatisfaction. Effectivement, deux piétons éloignés de la même distance au-
ront le même niveau d’insatisfaction. Dans le cas contraire, si un piéton se trouve face à
la sortie, son insatisfaction sera au plus bas. Dans notre modèle discret, une fonction se
propageant de proche en proche depuis une sortie permet d’attribuer à chaque cellule sa
distance par rapport à la sortie.
Dans la FIG.4.4 est représenté le SFF du quai actuellement en service de la gare de Pantin
RER :
Analyse des solutions exitantes et choix du modèle 101
FIGURE 4.4 SFF de la gare de Pantin RER
Sur la figure les sorties (bas des escaliers) sont entourées en vert. Les créneaux sur le haut
du quai représentent les portes de trains donnant l’accès au quai, ce sont donc des entrées.
Les distances en abcisse et en ordonnée sont en mètres.
Le SFF est donc une grille, que l’on appellera S, dont les cellules Si,j contiennent la
distance à la sortie la plus proche. Ces valeurs seront utilisées par la suite pour calculer
les probabilités de mouvement.
2.2.3 Dynamic Floor Field
Comme expliqué précédemment, le DFF équivaut à une trace virtuelle laissée par chaque
piéton lors de son trajet sur l’automate cellulaire. Comme pour le SFF, il s’agit d’une
grille que l’on appellera D. À l’instant t= 0, toutes les cellules de D prennent la valeur 0.
Lorsqu’ un piéton se situe sur une case, il augmente la valeur de sa case d’une unité. Les
cellules Di,j de D ne peuvent donc contenir que des valeurs entières strictement positives.
Ce champ a sa propre dynamique car il possède une diffusion et un déclin. Ses deux
propriétés sont elles-même contrôlées via deux paramètres, respectivement α[0; 1]
et δ[0; 1]. À eux deux, ces paramètres représentent l’élargissement et l’effacement
102 Modélisation de flux piétons en gare
de la trace virtuelle laissée par les piétons. Ainsi à chaque itération les cellules voi-
sines d’une cellule occupée gagnent une unité avec une probabilité α, et chaque cellule
perd une unité avec la probabilité δ. Dans (BURSTEDDE et al., 2001) et (KIRCHNER &
SCHADSCHNEIDER,2002), le DFF est assimilé à un champ bosonique : les piétons en
mouvement laissent des bosons après leur passage qui vont créer la trace virtuelle.
Les figures FIG.4.5 et FIG.4.6 sont tirées d’une simulation au cours de laquelle des pié-
tons ont été déchargées par les deux portes les plus proches des escaliers :
FIGURE 4.5 DFF de la gare de Pantin à l’instant t= 0s
FIGURE 4.6 DFF de la gare de Pantin à l’instant t= 5.4s
Stucture de l’algorithme et traitement des données d’entrée 103
A l’instant t= 0sles cellules du DFF sont toutes initialisées à 0, à l’instant t= 5.4son
voit la trace bleue ciel laissée par les piétons. Les cellules claires sont plus « attirantes »
que les cellules foncées.
3 Stucture de l’algorithme et traitement des données
d’entrée
3.1 Fonctionnement de l’automate cellulaire
Dans cette section, nous abordons les règles fondamentales et les principes de calculs
permettant le fonctionnement de l’automate cellulaire.
3.1.1 Calcul de probabilités
On rappelle que l’on a désigné le SFF par la lettre S, que celui-ci est composé de cellules
Si,j et que la cellule S0,0désigne la cellule qui est occupée au moment du calcul. On rap-
pelle aussi que le principe est le même pour le DFF mais que la lettre D est utilisée.
De plus on introduit deux paramètres de champ, κSpour le SFF et κDpour le DFF.
Comme on l’expliquera dans la suite, ces paramètres permettent de régler la sensibilité du
modèle envers certains effets de groupe.
On considère une cellule occupée,(0,0), à l’instant tqui possède donc des cellules voi-
sines (i, j). La probabilité pi,j pour que la cellule (i, j)soit occupée à l’instant t+ 1 se
calcule selon l’équation 4.1 :
pi,j =N×exp (κSS)×exp (κDD)(4.1)
Nest un facteur de normalisation qui permet de s’assurer que l’on respecte la partition de
l’unité des probabilités : Ppi,j = 1. On a également :
S=Si,j S0,0D=Di,j D0,0
κSet κDsont des paramètres qui permettent de régler la sensibilité du modèle :
κStraduit la sensibilité du piéton au SFF. Plus ce paramètre est élevé, plus le piéton
est considéré comme connaissant bien son environnement et notamment le chemin
104 Modélisation de flux piétons en gare
le plus court vers la sortie. C’est le cas pour les usagers habituels d’une gare. À
l’inverse, si κS<< 1, alors le piéton peut être considéré comme évoluant dans un
milieu qu’il ne connaît pas ou dans lequel il est très difficile de s’orienter; c’est par
exemple le cas lors d’un incendie quand une pièce est remplie de fumée.
κDest, quant à lui, un paramètre permettant de régler la sensibilité des piétons aux
autres piétons. Plus ce paramètre est élevé, plus les piétons seront sensibles à la
« trace » virtuelle.
3.1.2 Fonctionnement
L’algorithme fonctionne avec une liste des coordonnées des cellules occupées qu’il met
à jour à chaque itération. Pour ce faire, plusieurs dictionnaires sont nécessaires, ceux-ci
sont regroupés et décrits dans ce qui suit. On rappelle qu’un dictionnaire est une structure
python contenant des valeurs que l’on récupère grâce à des clés.
Le dictionnaire « portes » a pour clés les numéros des portes et pour valeurs les listes
des coordonnées des cellules qui représentent les portes dans l’automate cellulaire. Ces
cellules servent donc de cellules d’injection essentiellement. Ce dictionnaire n’a pas vo-
cation a évoluer pendant la simulation, il permet d’identifier les portes. Considérons par
exemple une porte, identifiée par l’indice 0, et constituée d’un nombre nde cellules. Si
les cellules ont des coordonnées de type (i, j), alors le dictionnaire des portes prendra la
forme suivante pour la porte 0:
id_porte_0 : [(i_1,j_1), (i_2,j_2), ... ,(i_n,j_n)]
Cet exemple montre bien les différentes listes de tuples qui représentent les portes, chaque
tuple étant les coordonnées d’une cellule.
Le dictionnaire « compteur » a pour clés les numéros des portes et en valeurs les nombres
entiers de piétons devant sortir par chaque portes. À l’instar du précédent, ce dictionnaire
n’évolue pas dans le temps. Il est initialisé par l’opérateur au début de la simulation. Dans
la figure 4.9 est présenté le dicitonnaire de déchargement dans le cas de la gare de Pantin :
FIGURE 4.7 Dictionnaire du déchargement
Stucture de l’algorithme et traitement des données d’entrée 105
On voit donc que dans cet exemple 55 piétons doivent être déchargés au total; 10 par la
porte « 0 », 15 par la porte « 1 » et 30 par la porte « 9 ».
Le dictionnaire « déchargement » est mis à jour à chaque itération. Il a pour clés les nu-
méros des portes et en valeurs les nombres entiers de piétons sortis par chaque à l’instant
t. A la fin de la simulation, si tous les piétons ont été déchargés, alors les dictionnaires
« compteur » et « déchargement » sont égaux. Dans les figures qui suivent sont présentés
le dictionnaire « compteur » initial et le dictionnaire « compteur » à la première itération :
FIGURE 4.8 Dictionnaire initial de compteur
FIGURE 4.9 Dictionnaire de compteur à la première itération
Cet exemple permet de constater que 21 piétons sont déchargés dès la première itération.
Finalement, à chaque itération des piétons sont déchargés tant que le nombre total à dé-
charger n’est pas atteint, et les piétons déjà présents sur la grille évoluent selon les règles
décrites dans la partie 1.3 ci-après. Pour chaque piéton et à chaque itération, les coordon-
nées de la cellule occupée sont retenues dans une liste. Le calcul des matrices de préfé-
rences de chaque cellule de la liste est ensuite lancé. Cela évite à l’algorithme de mise à
jour de l’automate de parcourir toute la grille, opération qui peut être très chronophage.
3.1.3 Règles de mise à jour
Les cellules de l’automate cellulaire peuvent se trouver dans trois états différents : « Oc-
cupée », « Vide » ou « Obstacle ». Les cellules occupées représentent des piétons. Une
cellule conserve un unique état durant chaque itération. Les règles de mise à jour permet-
tant de faire évoluer les piétons sur l’automate sont décrites ci-après :
106 Modélisation de flux piétons en gare
1. A l’itération zéro est démandé à l’opérateur de renseigner le nombre de piétons
devant sortir par chaque porte de train, l’algorithme met dans l’état « Occupé » le
maximum de cellules et les coordonnées des cellules sont rentenues dans une liste
par l’algorithme;
2. L’algorithme calcule en parallèle (module multiprocessing de python) les matrices
de préférence de chaque piéton (i.e. pour chaque cellule contenue dans la liste),
selon l’équation 4.1;
3. L’algorithme selectionne, toujours en parallèle, pour chaque cellule la cellule voi-
sine qui sera occupée;
4. L’algorithme compare l’ensemble des cellules convoitées et regarde si certaines
apparaissent plusieurs fois. Si cela est le cas, alors il y a conflit;
5. Les conflits sont gérés selon les règles décrites dans la section 1.4;
6. La liste des cellules occupées est mise à jour;
7. Si les dictionnaires « compteur » et « » ne sont pas égaux, i.e. tous les piétons n’ont
pas été déchargés, alors de nouveaux sont déchargés et les nouvelles cellules sont
ajoutées à la liste des cellules occupées;
8. l’algorithme revient à l’étape 1.
La première version du code ne contenait pas de calculs parallèles. Ainsi cette version a
permis de montrer que sans l’utilisation du module multiprocessing les calculs mettaient
environ 2 fois plus de temps à s’exécuter. En effet, les coordonnées des cellules étant
stockées dans une liste, la première version parcourait cette liste élément par élément, le
gain de temps en utilisant une méthode de calcul parallèle est donc évident.
3.1.4 Gestion des conflits
Si, lors du calcul des matrices de préférences, plusieurs piétons convoitent la même cel-
lule, alors il y a un conflit. On propose de traiter les conflits selon la méthode exposée
dans (BURSTEDDE et al., 2001). Cette gestion est représentée dans la figure 4.10
Stucture de l’algorithme et traitement des données d’entrée 107
FIGURE 4.10 Résolution d’un conflit entre deux piétons ayant pour matrices de préfé-
rences M(1) et M(2) - image tirée de (BURSTEDDE et al., 2001)
La figure 4.10 montre que lorsque deux piétons convoitent la même cellule pour leur
prochain mouvement, l’un doit rester immobile. En effet, on voit que la probabilité de
déplacement qui est la plus élevée donne la priorité au déplacement. Ainsi, le piéton avec
la probabilité de mouvement la plus faible des deux reste immobile.
3.2 Traitement des données d’entrée
Pour traiter les flux de piétons en gare, le département Flux & Mobilités fonctionne selon
un principe de noeuds et d’arcs reliant ces noeuds. Grâce à ces arcs et ces noeuds, il est
alors possible de reproduire de façon linéaire une gare. En effet, grâce à une projection
de la gare en coordonnées WKT EPSG 2154, il est aisé d’obtenir les coordonnées des
extrémités des axes principaux de la gare. La gare est ainsi reconstituée par un réseau
d’arcs uniques et ayant chacun un identifiant précis. Ces arcs ainsi que leurs propriétés
(altitude, largeur, longueur ...) sont tous regroupés dans un fichier CSV. Il a donc fallu
mettre en place une routine python permettant de transformer les données de ce fichier
CSV en une grille de cellule régulière.
3.2.1 Contenu du CSV d’entrée
Le CSV contient les colonnes suivantes : wkt_geom,id,source,target,type,long,
largeur,source_niv,target_niv,deniv,niv,cv,sensunique,source_x,source_y,
target_x,target_y.
108 Modélisation de flux piétons en gare
Pour comprendre cette dénomination, le dictionnaire représenté dans la figure 4.11 a été
utilisé :
FIGURE 4.11 Dictionnaire des données du fichier CSV
3.2.2 Fonctionnement de la routine python
Dans un premier temps, la routine python ne traite qu’un seul étage à la fois. Étant donné
la taille du fichier et son format, il paraissait judicieux d’utiliser la libraire Pandas et
son module DataFrame. Effectivement, cela permet de retranscrire le CSV sous forme de
tableau dans la console Spyder Python très simplement. De plus, les calculs vectoriels
permis par un DataFrame allègent considérablement le code.
Une fois l’étage à traiter renseigné à la routine Python, il s’agit de simplifier les coordon-
Stucture de l’algorithme et traitement des données d’entrée 109
nées. En effet, en France métropolitaine les coordonnées aux normes WKT EPSG 2154
sont aux alentours de 6×105pour les abcisses et 6×106pour les ordonnées. Il faut
donc d’abord trouver le minimum des abcisses source_x,targe_xet le minimum des or-
données source_y,target_y. Le minimum des abcisses est alors retiré des valeurs des
colonnes source_x,target_xpuis le mininmum des ordonnées est retiré des valeurs des
colonnes source_y,target_y. De cette manière, la plus petite valeur en abcisses et en
ordonnées vaut 0, la routine permet donc au passage de créer une fausse origine qui per-
mettra par la suite de construire la grille l’automate cellulaire.
Enfin, la routine détermine les maxima en abcisse et en ordonnée. Ceux-ci permettent
de définir les bornes l’automate cellulaire. Ensuite, pour déterminer les paramètres de sa
grille, il suffit de diviser la longueur en mètre par la taille d’une cellule. Dans la figure
4.12 est représentée la grille de l’automate cellulaire à la première itération :
FIGURE 4.12 Grille de l’automate cellulaire à la première itération
Enfin, pour construire la grille comme présentée ci-dessus, il faut définir les chemins sur
lesquels peuvent naviguer les piétons, i.e. retranscrire les arcs du fichier CSV. Pour ce
faire, il est nécessaire de savoir tracer une ligne ayant une certaine largeur entre deux
cellules. La partie du code permettant cette tâche s’inspire de ce qui est exposé dans
(PATEL,2019). Une fois la ligne créée, il faut lui donner une largeur, cette largeur est
110 Modélisation de flux piétons en gare
simplement obtenue en divisant la valeur correspondante dans la colonne largeur par la
taille d’une cellule. Le fait d’arrondir à l’entier supérieur ou inférieur n’a a priori que peu
d’incidence. Effectivement, comme le montreront les résultats, il n’y pas de tendance de
la part des piétons à frôler les murs. Ainsi, étant donné qu’une cellule carrée a un côté de
0,4m, une cellule en plus ou en moins sur les bords influence peu le résultat.
Il est maintenant possible de générer la grille de l’automate cellulaire. C’est cette même
routine python qui permet aussi la construction des SFF et DFF. Finalement, en appliquant
les règles décrites dans la partie 1.3, l’automate est désormais complet et fonctionnel.
3.2.3 Traitement des circulations verticales
Les circulations verticales représentent un aspect non-négligeable de l’études des flux
dans une gare. En effet, elles sont particulières car les piétons n’ont pas la même vitesse
sur une remontée mécanique que dans un escalier ou encore sur un quai, ce qui peut favo-
riser la congestion. Ainsi, le code précédent nécessite d’être adapté pour pouvoir prendre
en compte ces différences de vitesses.
Le plus simple étant de garder le même code et de changer simplement la géométrie, il a
été évoqué avec le département des Flux & Mobilités la possibilité d’allonger et de retrécir
dans la largeur les circulations verticales. Effectivement, une congestion sera inévitable
si le taille des issues est rétréci. Le fait d’allonger les circulations permet de simuler le
temps réel passé par un piéton dans une circulation verticale. Autrement dit, plus le che-
min entre un point A et un point B est allongé, plus le temps de parcours est allongé. La
baisse de vitesse est donc simulée par une augmentation du temps de parcours.
Enfin, pour que le modèle soit complet, il faut instaurer des conditions aux limites. En
effet, étant donné que le but est de reproduire un ouvrage à plusieurs étages sur une grille
en 2D, il est nécessaire que les jonctions entre les étages (i.e. les circulations verticales),
elles aussi représentées en 2D, respectent des conditions aux limites. Ainsi, si l’on consi-
dère un étage 0, un étage 1 et une circulation verticale CV reliant 0 à 1, il est nécessaire
d’assurer une convervation des débits entre les étages et la CV :
le débit de piétons sortant de 0 soit égale au débit entrant dans CV;
et que le débit sortant de CV soit égale au débit entrant dans 1.
Une fois ces bases posées, le code nécessite encore d’être adapté pour qu’il soit possible
de représenter tous les étages ainsi que les circulations veticales par un seul et même
Premiers résultats 111
automate cellulaire.
Malheureusement, au vu du temps imparti et des multiples corrections qui devaient être
apportées en permanence pour répondre aux exigences d’AREP et pour avoir un outil le
plus fiable possible, il n’a pas été possible de coder cette partie.
Dans la suite, sont donc présentés les résultats obtenus avec un automate cellulaire ne
permettant de simuler qu’un seul et unique étage à la fois.
4 Premiers résultats
4.1 Résultats
Dans cette section sont présentés les résultats émanant d’une simulation menée sur la
gare de Pantin RER. Cette gare est une gare typique de RER, en Ile de France, qui est
soumise à une utilisation de type pendulaire. C’est à dire que ces usagers sont des habitués
de la gare faisant régulièrement un aller-retour pour se rendre de leur domicile à leur
travail. L’objectif ici est donc de simuler une évacuation normale de train en gare, on ne
s’intéresse donc pas à une évacuation d’urgence comme lors d’un incendie par exemlpe.
On présente un cas d’application et les différentes mise en forme de résultats émanant
d’échanges itératifs avec le département des Flux & Mobilités. Le but étant d’aboutir à
une mise en forme de résultats s’intégrant dans leur méthodologie d’analyse.
4.1.1 Déplacement des piétons
Comme demandé par AREP, il fallait que les résultats se présentent avant tout de façon
visuelle. Il paraissait donc naturel dans un premier temps de représenter les déplacements
des piétons grâce à un gif. L’outil codé sort donc tout d’abord un gif. Dans les figures
suivantes sont présentés différents « états » de l’automate cellulaire lors de l’évacuation
de 200 piétons. La figure 4.13 représente l’état initial de l’automate cellulaire :
112 Modélisation de flux piétons en gare
FIGURE 4.13 État initial de l’automate cellulaire
Comme précisé dans la section 2.1.3, la figure 4.13 permet de constater que les portes
desquelles sont déchargées les piétons (entourées en rouge) sont occupées au maximum.
On observe donc dans l’état initial des rangées de piétons qui accèdent au quai depuis le
RER.
Ces rangées ne durent pas dans le temps. La figure 4.14 montre bien que l’automate
permet de reproduire la volonté propre à chaque piétons. Effectivement, on constate que
les rangées ont été rompus et on distingue différents groupes de piétons.
FIGURE 4.14 Occupation des cellules sur l’ensemble de la simulation - évacuation de
25 piétons
Premiers résultats 113
Enfin, les piétons finissent par former un « couloir ». Ils se suivent, comme le montre la
figure 4.15. Ceci montre, encore une fois, que l’automate peut reproduire des effets de
groupe :
FIGURE 4.15 Occupation des cellules sur l’ensemble de la simulation - évacuation de
25 piétons
Finalement, comme évoqué dans la section 2.1.3, les figures 4.13,4.14 et 4.15 montrent
bien que les piétons n’ont pas tendance à frôler les mûrs ni à décrire des trajectoires trop
rectilignes, ce qui serait assez éloigné de la réalité.
4.1.2 Occupation des cellules
L’outil permet de visualiser les piétons qui se déplacent mais permet aussi de visualiser
le chemin emprunté par la foule. En effet, l’outil reproduit une grille au fur et à mesure
de la simulation, sur laquelle figure le nombre de fois est empruntée une cellule. Pour
rendre l’exploitation de cette information plus pratique, un code couleur est mis en place;
plus une cellule est empruntée, plus sa couleur tend vers le rouge. Dans la figure 4.16 est
présenté un tel graphe après une simulation de 10 secondes, pendant laquelle 25 piétons
devaient être évacués :
114 Modélisation de flux piétons en gare
FIGURE 4.16 Occupation des cellules sur l’ensemble de la simulation - évacuation de
25 piétons
Un autre exemple présenté dans la figure 4.17, montre l’occupation des cellules lorsque
200 piétons sont déchargés sur l’ensemble du quai :
FIGURE 4.17 Occupation des cellules sur l’ensemble de la simulation - évacuation de
200 piétons
Premiers résultats 115
Cet exemple confirme le fait que les cellules les plus empruntées sont celles centrées sur
le quai (les piétons ne frôlent pas les mûrs). Cela montre que les piétons sont, comme
attendu, « naturellement » attirés par les sorties (grâce au SFF), mais le fait que le couloir
formé soit assez élargi montre aussi qu’ils peuvent mutuellement s’influencer dans le
choix de leurs mouvements (ceci grâce au DFF).
Les résultats précédents sont finalement intéréssant car ils sont intuitifs, ils permettent de
visualiser la géométrie et d’analyser les mouvements. Contrairement à ce qui est présenté
dans la section suivante, la mise en forme proposée ici ne nécessite pas de connaissance
sur la géométrie de la gare. Cependant, ces résultats ne permettent pas d’analyse quantita-
tive des flux de piétons. Il faut pour cela une mise en forme de résultats « moins visuelle »
mais plus manipulable, c’est l’objet des sections qui suivent.
4.1.3 Occupation des arcs
Comme il a été précisé dans le chapitre précédent, le département des Flux & Mobilités
fonctionne avec une « description linéaire de la géométrie ». C’est à dire qu’une gare
réelle en 3D est discrétisée en Noeuds et en Arcs. Il fallait donc que l’outil rende compte
de l’occupation temporelle des Arcs qui lui sont donnés en entrée (via le fichier CSV).
C’est à dire représenter le nombre de piétons sur un arc en fonction du temps. La figure
4.18 montre une visualisation possible mais non retenue :
116 Modélisation de flux piétons en gare
FIGURE 4.18 Occupation des arcs en fonction du temps
Effectivement, il s’avère que ce genre de représentation devient rapidement illisible
lorsque l’on considère un nombre éle de piétons et d’Arcs.
Pour pallier ce problème, il a été décidé après discussion avec le département des Flux
& Mobilités de tracer autant de figures que d’Arcs qui sont empruntés. Cela permettra
d’analyser séparément chaque Arcs et donc d’identifier les zones à risque telles que les
entrées, les sorties, les goulots d’étranglement ou encore les circulations verticales. La
figure 4.19 illustre ce nouveau choix :
Premiers résultats 117
FIGURE 4.19 Occupation de l’Arc 96 de la gare de Pantin en fonction du temps
Ce graphe nous permet d’observer l’évolution de l’occupation de l’Arc 96 de la gare de
Pantin en fonction du temps, lors de l’évacuation de 200 piétons. D’après le CSV donné en
entrée, cet arc est un tronçon de quai amenant directement en bas des escaliers, autrement
dit, au bout de cet arc il y a une sortie. Il est intéressant d’observer qu’il y a une certaine
congestion sur cet arc. En effet, après un court temps de remplissage et un passage par
un maximum d’occupation à 12 piétons, l’arc se vide rapidement avant d’évoluer vers un
palier en dents de scie. Ceci peut s’interpréter de la manière suivante :
les premiers piétons arrivent « en bloc » vers la sortie, et comme il n’y personne
d’autre sur l’arc à cet instant, ils sortent rapidement de la gare. Cette étape corres-
pond aux 25 premières secondes d’occupation.
Ensuite, l’arc se remplit, il est occupé sur toute sa longueur.
Enfin, des piétons arrivent et sortent continuellement. Ainsi, étant donné que l’arc
est occupé et donc que les piétons ne sortent pas librement, on constate une légère
congestion et ce palier en dents de scie. Ce constat est rassurant puisqu’il illustre
un situation réelle, et conforte qualitativement la véracité du modèle.
La figure 4.20 illustre quant à elle l’évolution de l’occupation de l’Arc 80 de la gare de
Pantin, toujours pendant l’évacuation de 200 piétons.
118 Modélisation de flux piétons en gare
FIGURE 4.20 Occupation de l’Arc 80 de la gare de Pantin en fonction du temps
D’après les données d’entrée, l’Arc 80 correspond à une porte de train. L’interprétation
de cette courbe semble être plus intuitive que l’interprétation de la précédente. Effecti-
vement, on constate que l’occupation commence immédiatement par un maximum,ce
qui correspond au déchargement initial des piétons sur les quais. Puis celle-ci décroît
régulièrement pour finalement atteindre la valeur 0 au bout de 30 secondes environ. Cela
se comprend car les piétons évacuent rapidement le train et atteignent aussi rapidement le
quai. S’il doit y avoir une congestion, celle-ci intervient plus tard sur le quai mais pas dès
la sortie du piéton hors du train (sauf cas exceptionnels constatés par exemple en période
de forte perturbation du trafic).
Enfin, la figure 4.22 permet d’observer l’évolution de l’occupation d’une portion de quai
de la gare de Pantin en fonction du temps.
Premiers résultats 119
FIGURE 4.21 Occupation de l’Arc 21 de la gare de Pantin en fonction du temps
L’interprétation de cette figure est plus délicate mais est appuyée par l’observation du gif
renvo par l’outil. Effectivement, la forme de la courbe n’est ni celle correspondant à
une porte, ni celle correpondant à une portion avant une sortie. Dans ce cas bien précis,
on observe des « vagues ». Les piétons, après avoir évacué le train se regroupent par petits
groupes puis évoluent vers la sortie. Cela a pour effet de constituer des « vagues » de
piétons qui avancent sur le quai. La figure 4.15 a été agrandi et les différentes « vagues »
de piétons ont été entouré dessus :
FIGURE 4.22 Identification des différentes vagues de piétons sur la grille
Les figures précédentes et les résultats qu’elles contiennent ont donc permis de faire le
lien entre les données avec lesquelles le département des Flux & Mobilités a l’habitude
120 Modélisation de flux piétons en gare
de travailler, et ce que l’outil de simulation est capable de produire. Dans un souci d’ex-
ploitation optimale de l’outil, il a été décidé avec le département des Flux & Mobilités
que l’outil devait également être capable de fournir des fichiers CSV ayant exactement
le même contenu et la même structure que les fichiers que le département exploite ré-
gulièrement. Ainsi, dans un premier temps, les données permettant le tracer des figures
précédentes ont été mises sous forme de fichier CSV (via une routine python). La sec-
tion qui offre un aperçu des modifications apportées permettant de produire de nouveaux
résultats.
4.1.4 Chemins et Temps de Parcours
Comme il a été expliqué dans l’introduction, il est important lorsque l’on souhaite exploi-
ter une gare de connaître sa capacité en terme d’usagers ainsi que les parcours au sein de
celle-ci. Le code de l’outil a donc été amélioré afin de prendre cette considération. Ainsi,
un fichier CSV contenant le parcours de chaque piéton est généré. Chaque ligne du fichier
correspond à un piéton et les colonnes qui suivent contiennent l’ensemble des coordon-
nées des cellules sur lesquelles il a cheminé. Enfin, étant donné que l’on connaît le pas de
temps (0.3secondes) et que chaque cellule occupée compte pour une itération, il est
facile de calculer le temps de parcours jusqu’à la sortie pour chaque piéton ainsi que les
temps de parcours moyen, minimum et maximum.
Dans la figure 4.23 est présenté un aperçu du fichier CSV décrit ci-dessus, généré après
l’évacuation de 10 piétons :
FIGURE 4.23 Capture du fichier CSV donnant accès à l’ensemble des chemins parcou-
rus ainsi qu’aux temps de parcours
Le fichier CSV présenté dans la figuree 4.23 a été généré après l’évacuation de 10 pié-
tons depuis une porte de train située très proche des escaliers, d’où le temps de parcours
relativement faible :
Premiers résultats 121
FIGURE 4.24 Détail d’une simulation lors de l’évacuation de 10 piétons
Dans la figure 4.24 l’entrée sur le quai est entourée en rouge et la sortie en vert. La figure
4.23 permet de visualiser les dernières cellules empruntées par les piétons 6, 7, 8 et 10,
ainsi que le temps de parcours des 10 piétons, colonne BR.
Finalement, l’utilité d’un tel fichier CSV est de savoir à chaque instant se situe chaque
piéton.
4.2 Validation des résultats
Comme précisé lors de l’introduction, la validation des résultats pour ce genre d’outil ne
peut être qu’empirique. Ainsi, dans notre exemple il aurait fallu un certain nombre de
vidéos de l’ensemble du quai de la gare de Pantin lors du déchargement de trains. Cela est
évidemment compliqué techniquement, mais peut aussi poser des problèmes de légalité
étant donné qu’il est interdit d’enregistrer l’image d’une personne sans son accord 2. Fi-
nalement, dans le cadre du stage, il n’a pas été poossible de valider les résultats présentés
jusqu’à maintenany, ni de réaliser un « calibrage » de l’outil. Par calibrage est entendu le
fait de faire varier les valeurs de κSet κDafin d’obtenir la sensibilité souhaitée des piétons
envers les DFF et SFF, dans le but d’obtenir un comportement le plus proche possible de
la réalité.
Pour remédier à ce problème L’hypercube et le département des Flux & Mobilités ont
décidé de procéder au calibrage de l’outil grâce aux données des simulations réalisées via
le Logiciel Legion. Cette démarche est logique en considérant que ces données servent
de référence à AREP habituellement.
2. L’article 226-1 du code pénal punit d’un an d’emprisonnement et 45 000 C d’amende le fait de porter
atteinte à l’intimité de la vie privée d’autrui en fixant, enregistrant ou transmettant, sans le consentement de
celle-ci, l’image d’une personne se trouvant dans un lieu privé.
122 Modélisation de flux piétons en gare
5 Conclusion
L’automate cellulaire présenté dans ce rapport et qui a été développé au sein de L’hy-
percube, cellule de recherche appliquée, a permis de répondre à une demande concrète
d’AREP et de son département Flux & Mobilités. Cette demande, formulée la première
fois il y a 4 ans, était assez précise pour orienter le développement de l’outil, mais laissait
assez de liberté sur le choix des modèles. Effectivement, comme il a été expliqué au
début de ce rapport, une revue de littérature conséquenté a être établie afin de proposer
au département des Flux & Mobilités ce qui correspondait au mieux à ses attentes.
Cette bibliographie fut une étape assez longue mais nécessaire car elle a permis d’être
le plus efficace possible lors du développement de l’automate cellulaire. Cette efficacité
s’est d’ailleur fait ressentir dès les premiers résultats de simulation, qui ont montré que
l’automate était fonctionnel et qu’il pouvait être complexifié par la suite, pour permettre
des anaylses de flux encore plus approfondies. Enfin, étant donné que L’hypercube avait
pour projet de continuer le développement de l’outil après le stage, il a fallu pensé
assez tôt dans le stage à la continuité du projet. Ainsi, grâce à des réunions régulières
avec L’hypercube et le département des Flux & Mobilités, la structure du code et son
fonctionnement ont pu être décrits aux différentes équipes. Les réunions et les échanges
informels autour de ce projet ont d’ailleurs largement participé au ressenti de mon stage,
qui est exposé dans ce qui suit.
Le développement de l’outil m’a permis d’appréhender différents enjeux de la modé-
lisation numérique. Tout d’abord, il a fallu établir un état de l’art de la modélisation
numérique des foules pour mieux cerner les besoins d’AREP. Cette revue de littérature
s’est de plus effectuée avec les contraintes qui ont été posées dès le départ par AREP,
c’est à dire; simplicité de code, efficacité de calcul et pertinence des résultats. Le fait
d’avoir ces « bornes » a été bénéfique car elles ont permis de cadrer dès le départ mes
recherches. À titre d’ exemple, il est vite apparu qu’un modèle continu, trop lourd en
exécution, ne répondait pas au cahier des charges d’AREP.
Ensuite, il a fallu s’approprier les notions mathématiques et numériques apportées par la
revue de littérature. Cette étape était certainement la plus importante car elle m’a permis
de comprendre en profondeur l’outil que je devais développer. Elle m’a aussi permis
d’identifier rapidement les demandes du département des Flux & Mobilités qui, au vu de
Conclusion 123
la méthode de résolution choisie, pouvait être satisfaites ou non.
Enfin le développement de l’outil m’a permis de consolider des acquis en language
python, mais aussi de mieux comprendre ce que le fait de coder implique. Effectivement,
les réunions que nous avions régulièrement avec le département des Flux & Mobilités
et mes tuteurs, faisaient sans cesse émerger de nouveaux problèmes. La pratique m’a
montré que les exigences les plus simples pouvaient être difficile à satisfaire (en matière
de code), et que pour les plus complexes il existait assez souvent des outils python qui
avait déjà été mis en place et ne nécessitaient que quelques améliorations.
Finalement, ce stage a été enrichissant sur beaucoup d’aspects. Tout d’abord, étant donné
que mon travail consistait à répondre à une demande réelle d’AREP, l’utilité de ce que
je produisais ne faisait aucun doute. Ceci est donc très satisfaisant et m’a donné encore
plus de plaisir à travailler avec mes tuteurs. De plus, l’intérêt apporter par le département
des Flux & Mobilités à mon travail et les réunions que nous avions régulièrement me
motivaient à approfondir toujours plus l’outil de modélisation.
Enfin, le fait que l’outil que j’ai développé ne soit pas terminé est très encourageant pour
la suite. Effectivement, comme nous l’avons vu dans ce qui précède, l’automate offre un
nombre intéressant de possibilités pour l’exploitation de simulation sur une gare. Néan-
moins, comme il a été précisé, certains aspects du développement n’ont pas été traité,
essentiellement par manque de temps. Par exemple, l’installation des circulations verti-
cales permettra à l’outil de devenir encore plus performant, De plus, la validation des
résultats grâce au logiciel Legion sera aussi une étape importante. Ainsi, le fait que les
équipes d’AREP se chargeront de continuer de développer l’outil est sans doute l’aspect
le plus gratifiant de mon stage. Effectivement, il est prévu que L’hypercube et le dépar-
tement des Flux & Mobilités procèderont au calibrage de l’outil grâce à des résultats de
simulations obtenus grâce au logiciel Legion dans un futur proche. Ceci appuie donc le
potentiel prometteur de l’automate et me permet de terminer mon stage avec une certaine
satisfaction et avec l’assurance d’avoir travailler avec des personnes intéressées par le
stage que j’ai effectué.
124 Modélisation de flux piétons en gare
5.
Étude sur le vélo dans le Grand Paris :
Quelles adaptations face à l’évolution
des pratiques de déplacement en
Île-de-France?
J’ai réalisé ma troisième année de normalien à l’École Nationale des Ponts et Chaus-
sées, et à l’École d’Urbanisme de Paris, au sein du master Transports & Mobilités. En
effet, lors de ma formation en Génie Civil à l’ENS Paris-Saclay je me suis essentielle-
ment concentré sur des problématiques liées à la construction d’infrastructures, ainsi qu’à
leurs empreintes énergétiques. J’ai souhaité comprendre plus précisément comment ces
sujets s’articulaient avec des considérations plus globales de développement du mix éner-
gétique, d’aménagement du territoire et de transport de biens et de personnes.
Lors de cette formation, nous avons réalisé avec des camarades un projet proposé par
la Société du Grand Paris (SGP). Cette dernière, en charge de la conception du réseau
de transport Grand Paris Express(GPE), mène des réflexions sur l’inter-modalité dans ce
futur réseau. La combinaison vélo-GPE permet une plus grande décarbonation des dépla-
cements ainsi qu’un maillage plus fin du territoire (comparer à la combinaison voiture-
GPE). Nous avons donc proposé des plans et des stratégies pour mener à bien cette inter-
modalité. Notre étude , dont la synthèse est présentée ci-après, s’est concentrée sur deux
gares et s’adressait à l’ensemble des acteurs investis dans le projet; SGP, collectivités ter-
ritoriales, associations citoyennes.
1
Étude sur le vélo dans le Grand Paris :
Quelles adaptations face à l’évolution des pratiques de déplacement en Île-de-France ?
Objectifs de l'étude Appropriation de la commande
Nous avons articulé l’étude autour d’une méthodologie mixte, combinant méthodes et outils qualitatifs et quantitatifs.
Elle s’est déroulée en trois étapes, présentées dans le schéma ci-après.
La crise sanitaire liée à la Covid-19 a fortement contraint la réalisation de l’étude, limitant les déplacements sur nos
deux terrains et introduisant un biais dans l'observation des pratiques de mobilités. En outre, nous avons été limités
par la disponibilité de données sur les mobilités actives des villes étudiées. Si nous avons pu rencontrer des acteurs
institutionnels et des collectivités (neuf entretiens), le nombre d'entretiens avec des usagers ou des acteurs associatifs
a été réduit.
Atelier EUP
Diagnostic
»Observations de terrain
Heure de pointe matin et soir
Diagnostic à vélo
»Entretiens acteurs
Collectivités
Institutions
Associations
»Détermination des enjeux
Scénarisation
»Vision des quartiers de gares
»Choix des axes stratégiques
Continuités / rabattement
Stationnements / intermodalité
Culture vélo / services
»Proposition d'actions pour
chaque axe
»Restitution
Cadrage
»Prise en main du sujet
»Analyse documentaire
Monographies quartiers de gares
Intermodalité et rabattement vélo
Aménagements cyclables
Documents de planication
Données de mobilité
»Dénition du périmètre
Méthodologie
La Chaire « Aménager le Grand Paris » a fait appel au
parcours Transport et mobilité du Master Urbanisme
et aménagement de l’EUP, pour une étude portant sur
l'adaptation du système vélo à l’horizon de réalisation
du GPE (2025-2030). Au sein de la Chaire, la Société du
Grand Paris (SGP) a copiloté la commande.
Les principaux objectifs de l’étude sont :
accompagner la SGP dans l’anticipation des besoins
des usagers du futur réseau en matière du vélo
proposer des évolutions possibles des
aménagements autour des gares du GPE
réaliser une analyse comparée internationale des
solutions de stationnements vélo
Les deux terrains d'étude sont les gares de Bondy (93)
et Issy RER (92).
Pour accueillir ces potentiels usagers dans les deux
gares, IDFM établit un objectif ambitieux de 1 500
stationnements vélo pour chacune d'entre elles.
Néanmoins, une offre conséquente de stationnements
vélo n’est qu’une des composantes permettant la
généralisation d’une pratique cyclable à l’échelle d’une
ville. En effet, le vélo doit être pensé comme un système,
c'est-à-dire qu’il suppose la mise en action de différents
leviers qui, menés conjointement, offrent toutes les
conditions d’une pratique du vélo sûre, agréable et
ecace pour l’usager.
Plus que la question spécique du stationnement, c’est
la question de l’intégration d’un système vélo dans la
ville et de son interaction avec l’ensemble des réseaux
de transport qui fut au cœur de notre étude.
Atelier de projet - Master Transport et mobilité 2020/2021
Étudiant.e.s : Marc ALECIAN - Léo AURRIÈRE - Ray BOOM - Léa de FRÉMONT - Lucas HERNANDEZ - Virgile LAPIERRE - Adrien MARCHAND - Romain LEGROS
Encadrant.e.s : Marie-Hélène MASSOT - Arnaud PASSALACQUA / Supervision : Guillaume LACROIX (Chaire Aménager le Grand Paris) - Émilie ROUDIER (Société du Grand Paris)
Un nouveau métro et un engouement
inédit autour du vélo
La création de 100 000
places de stationnement
prévues en 2030 - hors
réseau Grand Paris
Express (GPE) - dans le
nouveau schéma directeur
du stationnement vélo
d’Île-de-France Mobilités
(IDFM), s’inscrit dans cette
dynamique.
Île-de-France Mobilités
Cette promotion du vélo
s’intègre dans la planication
des espaces publics autour
des gares franciliennes et
du projet GPE. En effet, une
fois l’ensemble du réseau
achevé, 90% des Franciliens
habiteront à moins de deux
kilomètres d’une gare, ce
qui représente environ dix
minutes à vélo.
Société du Grand Paris
En 2018, le Premier ministre a présenté le Plan
« Vélo et mobilités actives » qui porte l’ambition
de faire du vélo un « mode de transport à part
entière».
choisirlevelo.org/
L’un des objectifs
de ce Plan est
de tripler la
part modale du
vélo dans les
déplacements
quotidiens à
l'horizon 2024.
2
Étude sur le vélo dans le Grand Paris :
Quelles adaptations face à l’évolution des pratiques de déplacement en Île-de-France ?
Atelier de projet - Master Transport et mobilité 2020/2021
Létude porte sur deux quartiers des gares du GPE : Issy RER sur la ligne 15 Sud et Bondy sur la ligne 15 Est. Les deux
quartiers de gare présentent des situations socio-démographiques contrastées. De plus, le tissu urbain est principalement
pavillonnaire à proximité de la gare de Bondy, alors qu’il est majoritairement collectif à Issy-les-Moulineaux. Loffre de
transports en commun, différente dans les deux villes, est particulièrement riche et diversiée à Issy-les-Moulineaux, où
150 000 voyageurs sont attendus quotidiennement à la future gare du GPE, contre 70 000 à Bondy. Ces ux pourraient
se traduire par une augmentation du nombre de cyclistes dans le quartier de gare. A Issy-les-Moulineaux, la pratique
équivaut à la moyenne nationale (3%), alors qu’elle n’est que de 0,8% à Bondy.
Issy-les-Moulineaux et Bondy, des territoires contraints aux objectifs partagés
Les aménagements cyclables dans les deux communes présentent des caractéristiques différentes. À Bondy, lorsque
les aménagements existent, leur continuité est assurée. Ils ne sont néanmoins pas assez développés à l’échelle du
quartier et se concentrent au nord et à l’est de la gare. À l’inverse, à Issy-les-Moulineaux, des aménagements cyclables
sont implantés partout à l’échelle du quartier. Ils sont cependant très morcelés et souvent peu sécurisés pour les
cyclistes.
À l’échelle du quartier de gare, les stationnements destinés aux vélos sont très dispersés à Issy-les-Moulineaux et ne
favorisent pas le rabattement vers le RER C et la future gare du GPE. À l’inverse, à Bondy, l’offre de stationnement est très
concentrée autour de la gare du RER E. Ces stationnements, en accès libre, semblent répondre à la demande actuelle.
En revanche, ils sont peu utilisés en dehors des heures de pointe. À la suite de la phase de diagnostic, nous avons
dégagé trois axes principaux qui nous semblent nécessaires à la mise en place d’un système vélo ecace :
l’instauration de continuités cyclables an de favoriser le rabattement
l’implantation d'une offre de stationnements vélo diversiée pour inciter l'intermodalité
la création d’une culture commune favorable aux mobilités non motorisées
Un système vélo en cours de réalisation
Bondy : une asymétrie visible des aménagements cyclables Issy : un quartier aux infrastructures cyclables encore morcelées
Réalisation : Léa de Frémont pour Atelier EUP.
Donnés : Apur, Île-de-France Mobilités, OpenStreetMap
Une analyse comparée des solutions de
stationnement vélo et des manières d’inciter à
l’intermodalité observées à l’échelle est venue
enrichir notre approche du sujet. La méthodologie
de la comparaison repose sur la création d’une
arborescence qualiant l’expérience de l’usager et
permettant d’explorer la gamme de possibles en
matière d’aménagement cyclable.
Sous la forme d’un catalogue, notre analyse
comparée offre au lecteur des détails sur de
nombreux ouvrages de stationnement ainsi que
des ches techniques présentant leur application
et évaluation des aménagements sur cinq critères
décisifs de leur utilisabilité.
Une analyse comparée de l'offre de
stationnements
Atelier EUP Jan Kuipers
Le rail bi-étagé et son diagramme de Kiviat
Cobe.dk ElPeriodic.com
Parking vélo à Copenhague (gauche) et box vélo à Valence (droite)
3
Atelier de projet - Master Transport et mobilité 2020/2021
Étude sur le vélo dans le Grand Paris :
Quelles adaptations face à l’évolution des pratiques de déplacement en Île-de-France ?
Pour accompagner la pratique du vélo à Issy-les-Moulineaux, déjà existante, et encourager son développement, nous avons
identié comme premier levier la nécessité de créer des axes et des continuités cyclables dans le quartier de gare. D’importants
aménagements sont réalisés sur des axes structurants de la commune (av. de Verdun, av. Victor Cresson, bd. Rodin, etc.). Au
total, grâce à la suppression de 1 040 mètres de voies automobiles, ce sont 8 790 mètres de voies cyclables qui pourraient
être aménagés. Les mobilités se trouveraient donc apaisées au sein de la ville d’Issy-les-Moulineaux, permettant une meilleure
cohabitation de l’ensemble des modes et une meilleure appropriation de l’espace public par les cyclistes.
Issy-les-Moulineaux : le vélo pour aérer la ville
Axe 1 - Créer des axes et des continuités cyclables et piétonnes dans le quartier de gare
Aussi bien les usagers des modes de transport du pôle
gare que les habitants du quartier proteraient ainsi d’un
espace sécurisé et aménagé dans lequel les différents
modes cohabitent harmonieusement. Le vélo prendrait
sa place dans la ville d’Issy-les-Moulineaux, aidé en
cela par une promotion attractive de ses bienfaits et un
développement de la sensibilisation à la culture vélo.
Axe 3 - Faire du quartier de gare un pôle piéton et vélo
Le troisième levier de notre
scénarisation repose sur la
transformation du quartier
de gare en un pôle piéton et
vélo, dans lequel le passage
des différents ux routiers et
cyclistes est facilité et uidié.
En dehors de ce rayon, nous proposons 387 stationnements an de satisfaire les usages qui ne correspondent pas à
des trajets en rabattement ou aux déplacements domicile-travail. À titre de comparaison, à l’échelle du quartier, nos
propositions d’aménagement conduisent à la suppression de 168 stationnements automobiles.
Un stationnement inscrit dans le
patrimoine de la ville
Axe 2 - Proposer une offre de stationnement diversiée et pertinente
Dans le cadre de cette étude, nous avons étudié
la possibilité et la pertinence d’implanter 1 500
stationnements vélo dans le rayon d’action de 300
mètres de la SGP. L’utilisation des arches d’Issy nous
a semblé pertinente dans la mesure elles offrent
un abri aux stationnements vélo tout en inscrivant
symboliquement le système vélo au cœur d’une
spécicité patrimoniale de la ville.
Grâce à cette utilisation, nous parvenons à implanter
1 352 places de stationnement vélo dans le quartier
de gare dont 972 dans un rayon de 300 mètres autour
de la future gare du GPE, parmi lesquelles 732 sont
sécurisées.
OpenStreetMaps - Atelier EUP
OpenStreetMaps - Atelier EUP
Géoportail - Atelier EUP
Propositions d'aménagements cyclables Piste bidirectionnelle proposée avenue de Verdun
Offre de stationnements en libre accès et en consigne
Atelier EUP
Stationnement proposé sous les arches
4
Atelier de projet - Master Transport et mobilité 2020/2021
Étude sur le vélo dans le Grand Paris :
Quelles adaptations face à l’évolution des pratiques de déplacement en Île-de-France ?
Bondy : le vélo pour recoudre la ville
Axe 1 - Créer des continuités cyclables dans le quartier de gare et dans un périmètre élargi
Grâce à une vaste zone d’attractivité pour les mobilités actives, la gare de Bondy peut avoir
l’ambition de devenir une centralité importante pour les communes situées à l’intérieur de la
zone de rabattement. An de faciliter l’intermodalité vélo-TC, nous avons proposé une offre de
stationnements vélo abondante de plus de 1 800 places. Composée de consignes sécurisées et
d'abris en libre service, ces stationnements se situent stratégiquement, pour la plupart, à moins de
100 mètres des bâtiments voyageurs existants et futurs.
Axe 2 - Inciter à la pratique de l’intermodalité vélo-transport collectif en facilitant le stationnement vélo
Le diagnostic du quartier de gare de Bondy a mis en exergue
un double enjeu en matière de continuités cyclables :
comment dépasser les contraintes induites par les ruptures
urbaines autour du quartier de gare pour développer les
mobilités actives à l’échelle d’un territoire à fort potentiel de
rabattement ?
Nous avons souhaité renforcer les aménagements vélo
existants an de développer le réseau cyclable vers les
communes voisines de Villemomble, Le Raincy et Les
Pavillons-sous-Bois, qui se trouvent à l’intérieur du périmètre
de rabattement vélo de la gare (moins de 10 minutes). En
complément, nous avons proposé de renforcer les continuités
cyclables autour de la gare, notamment avec la création d’un
passage piéton-vélo intégré au nouveau bâtiment du GPE.
Finalement, nous avons proposé deux variantes au projet de
passerelle pour les vélos, accolée au pont Jules Ferry.
Un fort potentiel de rabattement vélo
Réalisation : Léa de Frémont pour Atelier EUP.
Donnés : Île-de-France Mobilités, OpenStreetMap, OpenRoute
Géoportail - Atelier EUPbeterbenutten.nl
Piste proposée sur la D10
Un tunnel piétons/vélos à Amsterdam
Est Ensemble - Atelier EUP
Offre de stationnements en libre accès et en consigne
publicspace.org
Des stationnements vélo à la ga re de Nør rep or t ( Da nem ark )
IDFM
Modèle d'un kiosque vélo (Véligo)
Au-delà du déploiement de l’infrastructure
cyclable et de la création de
stationnements, il est stratégique pour
les acteurs de la mobilité d’accompagner
l’apprentissage de la pratique du vélo
chez tous types de publics, an d’ancrer la
pratique dans les mobilités du quotidien et
l’imaginaire collectif.
Au travers d’un lieu permanent ou
temporaire, mais récurrent, avec une
présence mensuelle ou saisonnière, nous
proposons l'implantation d’un lieu de
sensibilisation, offrant une large gamme
d’activités, de services ou d’informations
associés au vélo.
Axe 3 - Développer les services autour du vélo
130
Étude sur le vélo dans le Grand Paris : Quelles adaptations face à l’évolution des pratiques
de déplacement en Île-de-France?
6.
Prévisions des parts de marché du
véhicule électrique en France
Ce travail, réalisé dans le cadre du master Transports & Mobilités, s’insère en regard des
deux précédents portant sur la dynamique des foules et l’inter-modalité Rail-vélo. En ef-
fet, l’analyse et la conception des systèmes de transports sont souvent orientées vers les
modes passifs tels que la voiture ou le rail, alors même que les mobilités dites « actives »
sont de plus en plus présentes dans le paysage. Cette courte étude sur la prévision des
parts de marché du véhicule électrique en France m’a ainsi permis de mieux comprendre
l’articulation entre les différentes formes de mobilités et leurs implications sur les dyna-
miques économiques et l’aménagement d’un territoire.
Sommaire
1 Prix des énergies : SP95 et électricité ....................132
2 Distribution des distances parcourues ...................136
3 Calcul des TCO ...............................141
4 Impact des TCO sur la part du VE dans le trafic .............148
5 Discussion ..................................156
132 Prévisions des parts de marché du véhicule électrique en France
1 Prix des énergies : SP95 et électricité
La prise en compte de l’évolution des prix des énergies est essentielle à la compréhen-
sion de l’évolution de l’utilisation de certains types de véhicules. En effet, sachant que
la hausse des prix des carburants affectent les ménages les moins aisés (CALVET LUCIE,
2012), et que l’objectif affiché par la France est de favoriser largement l’utilisation du vé-
hicule électrique, il est indispensable de savoir comment réagissent les ménages face aux
prix de l’électricité dans leur utilisation du véhicule électrique. Ainsi, cette partie est dé-
diée à la présentation des résultats obtenus pour la prévisions des prix de l’essence SP95
et de l’électricité sur le territoire français.
1.1 Modèle de prévision ARIMA
Le but de cette partie n’est pas de décrire en détail le fonctionnement des modèles Auto
Regressive - Integrated - Moving Average (ARIMA), mais plutôt d’exploiter ces modèles
et de présenter les résultats obtenus qui nous auront servis dans la suite.
L’approximation des séries temporelles se divise en deux grandes catégories. Une caté-
gorie stipule que la série est fonction du temps, l’autre que la série est fonction de ses
données précédentes. Les modèles de type ARIMA font partie de la dernière. Ces mo-
dèles permettent donc d’effectuer des prévisions basées sur des observations historiques.
De plus, comme souligné dans (AHMED & SHABRI,2014), les modèles de type ARIMA
assurent des performances intéressantes en ce qui concerne la prédiction des prix du pé-
trole non raffiné. Ainsi, nous avons décidé d’appliquer ce modèle pour la prévision des
prix à la pompe du SP95 et de l’électricité.
Bien que les prévisions sont fiables à court et moyen-terme, nous avons du les réaliser sur
le long terme. Effectivement, notre étude suppose une durée de vie de 10 ans pour un vé-
hicule. Ainsi, il est nécessaire d’avoir une idée des prix des énergies tout au long de cette
période. De plus, le but de notre étude est de comparer deux types de véhicules ainsi que
les coûts de consommations énergétique qu’ils impliquent. Les valeurs absolues des pré-
visions du prix des énergies ne nous intéressent peu, seule la comparaison importe. C’est
pourquoi nous avons décidé d’utiliser le modèle ARIMA sur une période de temps qui
peut paraître longue; l’imprécision des valeurs nous importe moins que la comparaison
de ces valeurs.
Prix des énergies : SP95 et électricité 133
1.2 Données relatives au prix de l’essence SP95
Nous avons décidé de retenir le carburant SP95 qui est l’essence la plus utilisée sur le
territoire français.
Le gouvernement français fournit en open data les données concernant les prix à la pompe
sur l’ensemble du territoire français, pour l’ensemble des carburants disponibles lors de
la période considérée.
Les données, accessible via ce lien 1, sont au format .xml, non directement exploitable.
De plus, ces fichiers contiennent en général plusieurs milliers de pompes enregistrées. Il a
donc fallu tout d’abord coder une routine en language Python, permettant de récupérer et
formater ces données. Nous avons opté pour un format de sortie .csv, facilement exploi-
table grâce au logiciel Microsoft Excel.
La routine commence par simplifier le dictionnaire des donées des fichiers originaux. Elle
ne retient que l’identifiant de la pompe et le prix du carburant SP95. Ensuite la routine
supprime toutes les pompes qui n’ont pas offert un accès constant au carburant. Finale-
ment, le code réalise la moyenne du prix du SP95 sur l’ensemble du territoire français
pour chaque mois.
La figure 6.1 présente l’évolution du prix du carburant SP95 entre janvier 2010 et janvier
2021 :
FIGURE 6.1 Évolution du prix du SP95 sur le territoire français sur une période de 10
ans
1. https ://www.prix-carburants.gouv.fr/rubrique/opendata/
134 Prévisions des parts de marché du véhicule électrique en France
Une fois ces données acquises et formatées, nous avons pu leur appliquer un modèle de
prévision de type ARIMA. La figure 6.2 présente ces résultats :
FIGURE 6.2 Prévisions du prix du SP95
On remarque une forte instabilité des prix du carburant ce qui peut paraître de mauvais
augure pour le modèle de prévision. Néanmoins, lorsque nous avons appliqué le modèle
ARIMA en utilisant les observations enregistrées entre 2010 et 2019 (pour éviter la chute
des prix du à la crise de la Covid 19), et que nous avons comparer les résultats avec les
valeurs réelles, nous avons obtenue une erreur très faible, comme le montre le tableau
6.1 :
1.3 Données relatives au prix de l’électricité
Nous avons ensuite procédé de même avec les prix de l’électricité. Les données ont été
recueillies grâce à ce lien 2. De façon tout à fait arbitraire nous avons décidé d’étudier les
prix au tarif de l’option Base, et non Heure-Pleine/Heure-Creuse, proposés aux consom-
mateurs résidentiels.
La figure 6.4 présente l’évolution du prix de l’électricité sur une période de 9 ans sur le
réseau Enedis :
2. https ://www.data.gouv.fr/fr/datasets/historique-des-tarifs-reglementes-de-vente-delectricite-pour-
les-consommateurs-residentiels/
Prix des énergies : SP95 et électricité 135
Date Valeur réelle Valeur prévue Erreur en %
02/2018 1,46 1,46 0
03/2018 1,49 1,51 1
04/2018 1,51 1,57 4
05/2018 1,52 1,59 5
06/2018 1,51 1,53 1
07/2018 1,5 1,53 2
08/2018 1,49 1,5 1
09/2018 1,48 1,51 2
10/2018 1,48 1,5 1
11/2018 1,45 1,52 5
12/2018 1,44 1,54 7
01/2019 1,45 1,54 6
02/2019 1,47 1,5 2
Moyenne 3
TABLE 6.1 Vérification des résultats obtenus grâce au modèle ARIMA
FIGURE 6.3 Évolution du prix de l’électricité sur le territoire français sur une période
de 9 ans
136 Prévisions des parts de marché du véhicule électrique en France
L’évolution en pallier est normale car les prix sont réévalués régulièrement et fixés par le
gouvernement et la Commission de Régulation de l’Énergie.
Une fois le modèle ARIMA appliqué à ces données, voici ce que nous avons obtenu :
FIGURE 6.4 Prévisions du prix de l’électricité
L’observation des figures 6.2 et 6.2 nous permet de constater que le prix de l’électricité ne
cesse d’augmenter contrairement au prixdu SP95 qui oscille autour d’une valeur moyenne
qui a tendance à augmenter. On suppose donc que nos prévisions en matière de prix
des carburants seront plutôt défavorables sur le long terme à l’utilisation d’un véhicule
électrique.
2 Distribution des distances parcourues
L’étude des distances moyennes parcourues chaque jour et de leur répartition parmi les
conducteurs est primordiale car elle permet une approche par l’observation du comporte-
ment des usagers de véhicules particuliers. Dans ce qui suit, nous exposons la démarche
qui nous a permis d’appréhender ces comportements et de modéliser les usages.
Distribution des distances parcourues 137
2.1 La loi Log-Normale
Les distances parcourues en véhicule particulier varient fortement d’un usager à un autre
et d’un territoire à l’autre. Sur un territoire les bornes de recharge ne sont pas large-
ment déployées, et étant donné le temps de charge allongé des voitures électriques, cette
variabilité des pratiques est hautement problématique.Le nombre de jour durant lesquels
un usager parcourt plus qu’une distance donnée dest une donnée importante et difficile
à acquérir. Ce nombre est important car il permet de déterminer le nombre de jours qui
nécessitent une adaptation de la part du véhicule.
Les différentes analyses qui ont été menées sur la distribution des kilomètres-véhicule par-
courus ont montré que ces distributions ont tendance à afficher un pic puis à s’étaler vers
la droite. Ce type de distribution semble correspondre à des lois telles que la loi Gamma,
de Weibull ou bien log-Normale. Cependant, la littérature ne fait pas ressortir une loi plu-
tôt qu’une autre. Dans (PLÖTZ et al., 2017), la loi log-Normale et ses performances sont
minutieusement analysées. De plus dans (PLÖTZ,2014), une expression explicite de la
probabilité de dépassement d’une distance, basée sur la loi log-Normale, est proposée.
Ainsi, nous proposons d’adopter cette loi pour la distribution des distances ainsi que pour
le calcul de la matrice de demande.
2.2 La loi Log-Normale : spécification et application
On suppose donc que les distances journalières parcourues sont distribuées selon une loi
log-Normale. La fonction de distribution d’un individu iparcourant une distance ls’écrit
alors :
fµiσi(l) = 1
r2πσi×exp ln(l)µi
2σi2!(6.1)
L’espérance d’une telle loi vaut :
E(l) = exp µ+σ2
2!(6.2)
En supposant donc que les distances lsont distribuées selon une loi log-normale, la pro-
138 Prévisions des parts de marché du véhicule électrique en France
babilité que la distance parcourues soit supérieure à la distance L,P(l > L), vaut :
P(l > L) = Z
L
fµiσi(l)dl = 1 ZL
0
fµiσi(l)dl = 1 Fl(L, µ, σ)(6.3)
avec Fl(L)la fonction de répartition qui s’écrit :
Fl(L, µ, σ) = 1
2 1 + erf ln(L)µ
2σ!(6.4)
avec erf() la fonction d’erreur.
Ceci nous permet finalement de déduire que :
P(l > L) = 1
2 1erf ln(L)µ
2σ!(6.5)
2.3 Répartition des distances
Nous savons donc maintenant distribuer les distances parcourues, il nous faut maintenant
identifier ses paramètres µet σ. Dans ce qui suit, on a supposé que les distances pour un
type de conduite journalières étaient peu dispersées. Ainsi, on a supposé la variance, σ,
constante d’un comportement à l’autre. On a décidé de reprendre la valeur de σidentifiée
dans (PLÖTZ et al., 2017) : σ= 1.2.
Ensuite, pour déterminer les différentes moyennes µ, nous avons utilisé la répartition des
distances parcourues en Ile-de-France exposée dans l’Enquête Globale Transport 2010.
La distribution des distances parcourues est exposée dans le tableau 6.2 :
En réalité, l’EGT 2010 stipule que 6% des déplacements font plus de 20km. Cela n’aurait
laissé que 4 catégories de déplacements à analyser, [3,5,10,20], ce qui peut paraître peu.
Ainsi, par défaut nous avons supposé une distribution uniforme des déplacements entre
20km et 70km.
Nous avons ensuite supposé que chaque distance journalière appartenant à l’ensemble [3,
5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70] était l’espérance d’une loi log-Normale de paramtère µet
σ= 1.2. D’après l’équation 6.2, on peut alors calculer les µ:
µ=ln(E)σ2
2(6.6)
Distribution des distances parcourues 139
Distance journalière parcourue en VP Répartition des déplacements en %
3 51%
5 14%
10 17%
20 12%
30 1.2%
40 1.2%
50 1.2%
60 1.2%
70 1.2%
TABLE 6.2 Répartition des déplacements par portée
avec E[3,5,10,20,30,40,50,60,70].
La figure 6.5 montre les disitributions obtenues après avoir appliqué la démarche exposée
précédemment :
FIGURE 6.5 Distributions des distances
Le graphe de la figure 6.5 se lit de la manière suivante :
140 Prévisions des parts de marché du véhicule électrique en France
la courbe bleue est associée aux individus parcourant en moyenne 3km par jour en
voiture, du fait du pic haut et étroit observée, on en déduit que les individus parcou-
rant en moyenne 3km par jour en VP sont peu susceptibles de faire des distances
supérieures à 5km ;
à l’inverse, la courbe rouge associée aux individus parcourant en moyenne 20km
par jour noous indique une forte probabilité que ces individus parcourent plus de
20km.
2.4 Écriture de la matrice de demande
Grâce au tableau 6.2 et aux probabilités calculées grâce aux lois identifiées précédem-
ment, nous pouvons calculer la matrice de demande. Si l’on considère qu’un conducteur
conduit 6 jours sur 7, soit 86% des jours de l’année, soit 313 jours, alors on en tire le
tableau 6.3 :
3.6km 6km 12km 24km 36km 48km 60km 72km 84km
3km 72.20 37.67 12.56 3.14 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
5km 72.20 28.25 9.42 3.14 3.14 0.00 0.00 0.00
10km 72.20 28.25 15.70 9.42 6.28 3.14 3.14
20km 72.20 43.95 28.25 18.83 15.70 12.56
30km 72.20 50.22 37.67 28.25 21.97
40km 72.20 53.36 43.95 34.53
50km 72.20 56.50 47.08
60km 72.20 59.64
70km 72.20
TABLE 6.3 Matrice de demande en jours
Le tableau 6.3 peut se lire de la manière suivante; les individus parcourant en moyenne
10km par jours dépassent les 48km 9.42 jours/an.
On convertit ces nombres de jours en probabilité puis on pondère par les répartition ex-
posées dans le tableau 6.2. On obtient alors le tableau suivant :
Calcul des TCO 141
3.6km 6km 12km 24km 36km 48km 60km 72km 84km Répartition
3km 29.3% 13.3% 1.3% 51%
5km 8.7% 3.4% 1.1% 0.4% 0.4% 14%
10km 8.9% 3.5% 1.9% 1.2% 0.8% 0.4% 0.4% 17%
20km 4.5% 2.8% 1.8% 1.2% 1% 0.8% 12%
30km 0.4% 0.3% 0.2% 0.2% 0.1% 1.2%
40km 0.4% 0.3% 0.3% 0.2% 1.2%
50km 0.5% 0.4% 0.3% 1.2%
60km 0.7% 0.5% 1.2%
70km 1.2% 1.2%
TOTAL 29.3 % 24 % 17.4% 10.4 % 5.5% 4% 3% 2.8% 3.6% 1
TABLE 6.4 Matrice de demande en pourcentage des déplacements observés
Le tableau 6.4 peut se lire de la façon suivante; les individus conduisant en moyenne
10km par jour et dépassant 48km dans l’année représente 1.2% des distances parcourues
dans l’année.
3 Calcul des TCO
Jusqu’à maintenant nous avons donc; généré des prévisions pour les prix du SP95 et
de l’électricité, modélisé la distribution des distances parcourues (en Ile-de-France avec
les données de l’EGT 2010) puis proposé une répartition de la demande au regard des
kilomètres parcourus (tableau 6.4). Nous allons donc à présent, à la lumière de la demande
et des comportements modélisés, tenter de prévoir la part que peut représenter le véhicule
électrique dans le trafic dans différents scénarii.
Pour se faire, nous nous attacherons à calculer les Total Cost of Ownership (TCO) pour
les véhicules électriques et thermiques pour une période de possession de T = 10ans, puis
nous les comparerons.
3.1 Formule retenue pour le calcul du TCO
Nous avons décidé de retenir la formule du TCO proposée dans (WINDISCH,2013). Le
TCO, pour une période de possession T = 10ans , est donné par les équations 6.7,6.8 et
6.9 :
T CO =IC +CCT(6.7)
142 Prévisions des parts de marché du véhicule électrique en France
IC représente l’investissement initial et :
IC =pc +inf c +regc (6.8)
avec :
pc le coût d’achat;
infc le coût d’installation d’infrastructures domestiques;
regc le coût d’enregistrement du véhicule, i.e. le coût de la carte grise.
et CCTreprésente les coûts continus et :
CCT=
T
X
t=1 Ut+Pt+It
(1 + y)t(6.9)
avec y le taux d’actualisation et :
Utles coût d’usages qui comprennent la maintenance (pneumatiques, entretien), le
coût du carburant;
Ptles coûts de parking;
Itles coûts d’assurance.
Une fois cette formule implémentée, il a fallu déterminer les valeurs de
chaque variable. Ces valeurs sont résumées dans le tableau 6.5 qui suit :
Calcul des TCO 143
Twingo Twingo électrique
Coût d’achat a12 350C 21 350 C
Coût de la carte grise en C b245 0
Coût de maintenance en C/km c0.0248 0.0198
Coût des pneumatiques en C/km d0.017 0.017
Coût de l’infrastructure en C e0 1000
Bonus/Malus en C f0 -5300
Coût d’assurance en C/an g400 300
Coût de stationnement en C/an h1000 1000
Durée d’utilisation 10ans 10ans
Jours d’utilisation en un an i313 313
TABLE 6.5 Variables intervenant dans le calcul du TCO
a. tel qu’annoncé par le constructeur sur son site
b. d’après https ://www.demarches.interieur.gouv.fr/particuliers/cout-carte-grise-certificat-
immatriculation
c. d’après (WINDISCH,2013)
d. d’après (WINDISCH,2013)
e. d’après https ://www.kelwatt.fr/guide/conso/voiture-electrique/borne
f. tel qu’affiché par Renault
g. d’après (WINDISCH,2013)
h. d’après (WINDISCH,2013)
i. on a supposé une utilisation 6 jours sur 7
Une fois ces valeurs énoncées, nous pouvons commencer à calculer les TCO pour chaque
véhicule. Ceci est l’objet de la fin de cette partie.
3.2 Comparaison des TCO
Nous proposons maintenant de regarder l’évolution des TCO pour les deux véhicules et
dans des situations différentes. Nous considérerons dans un premier temps une évolution
dans un milieu urbain et dans un second temps dans un milieu urbain Très Dense. Ces
milieux impactent essentiellement la consommation des véhicules, comme indiqué dans
(CGDD, 2017). De plus, nous avons considéré un usage dit "standard" des véhicules. Ce
qui correspond à une distance de 13 000mk/an selon (CGDD, 2017). Les valeurs utilisées
pour les consommations sont regroupées dans les tableau 6.6 et 6.7 :
144 Prévisions des parts de marché du véhicule électrique en France
Consommation en 2020 Consommation en 2030
Urbain 5.08 4.07
Dense 5.83 4.67
Très Dense 6.84 5.48
TABLE 6.6 Consommation prévue par milieu et par année en L/100km des véhicules
thermiques source : CGDD
Consommation en 2020 Consommation en 2030
Urbain 18 18
Dense 18 18
Très Dense 18 18
TABLE 6.7 Consommation prévue par milieu et par année en kWh/100km des véhicules
électriques source : CGDD
On remarque que la consommation des véhicules électriques ne connaît pas de baisse sur
la période d’utilisation que nous allons étudié. Cela ajouté au fait que l’évolution du prix
du SP95 est favorable à la voiture thermique par rapport à l’évolution du prix de l’élec-
tricité, on comprend donc que nos conditions de départ désavantagent sérieusement le
véhicule électrique par rapport au véhicule thermique. Il faut garder à l’esprit ces condi-
tions peu avantageuses dans la suite de cette partie.
3.2.1 Milieu Urbain
Commençons par observer l’évolution du TCO des deux modèles qui parcoureraient des
distances journalières comprises dans la répartition exposée dans le tableau 6.2. La figure
6.6
Calcul des TCO 145
FIGURE 6.6 Evolution des TCO pour les Twingo électrique et essence et pour des
distances journalières modérées
Pour nuancer l’analyse qui va suivre, nous avons souhaité également comparer les évo-
lution des TCO pour distances journalières bien plus imortantes. La figure 6.7 montre
l’évolution des TCO pour des distances journalières valant 25km et 75km :
FIGURE 6.7 Evolution des TCO pour les Twingo électrique et essence et pour des
distances journalières imoprtantes
146 Prévisions des parts de marché du véhicule électrique en France
Nous remarquons que, dans les conditions des calculs exposées précédemment, la Twingo
électrique peine à devenir plus rentable que la Twingo électrique. Effectivement nous
avons vu que l’évolution du prix de l’électricité, par rapport à l’évolution du prix du
SP95, désavantageait la Twingo électrique. Néanmoins, une tendance se dégage.
En effet, nous remarquons que plus la distance journalières est élevée plus le véhicule
électrique devient rapidement avantageux comparé au véhicule thermiques. Le prix de
l’électricité, bien inférieur à celui du SP95, explique en grande partie le fait que le véhicule
thermique finit par devenir plus cher que le véhicule électrique.
De plus, nous pouvons souligner l’écart de TCO au bout de 10 ans d’utilisation pour un
même type de véhicule. En effet, en 2030 pour la Twingo essence on constate sur la figure
6.6 que le TCO atteint 25 000C pour une utilisation de 5km/jour, alors qu’il atteint plus de
32 500C pour une utilisation de 50km/jour, soit un écart de plus de 7 000C. Cependant,
dans le cas de la Twingo électrique, on remarque en 2030 un écart plus faible de TCO,
d’une valeur d’environ 4 000C. On remarque que ce constat est également valable dans
la situation exposée par la figure 6.7. On en déduit donc que, dans le cas du véhicule
électrique, la distance journalière parcourue aura un impact moindre sur le TCO que dans
le cas d’un véhicule thermique.
On comprend donc que la consommation des véhicules thermiques ainsi que le prix des
carburants ont un effet sensible sur le coût de possession. Dans ce qui suit, nous menons
la même comparaison dans le cas d’une conduite en milieu très dense, donc dans le cas
d’une consommation élevée.
3.2.2 Milieu Urbain Très Dense
Les figures 6.8 et 6.9 permettent de comparer l’évolution du coût total de possession dans
une situation de conduite à consommation élevée :
Calcul des TCO 147
FIGURE 6.8 Evolution des TCO pour les Twingo électrique et essence et pour des
distances journalières modérées en milieu très dense
FIGURE 6.9 Evolution des TCO pour les Twingo électrique et essence et pour des
distances journalières importantes en milieu très dense
Nous remarquons qu’une hausse de la consommation des véhicules thermiques a tendance
à rapproché dans le temps le point de dépassementdu véhicule thermique sur le véhicule
148 Prévisions des parts de marché du véhicule électrique en France
électrique. En effet, alors que dans le cas d’une consommation modérée à 50km/jour le
véhicule électrique devenait plus rentable à partir du milieu de 2027, dans le cas d’une
consommation élevée ce point est de basculement est ramené au milieu de l’année 2025.
Ces observations confirment donc la sensibilité du coût de possession d’un véhicule au
prix des carburants. Le véhicule électrique, du fait de l’investissement initial important
qu’il nécessite et de la baisse prévue de la consommation des véhicules thermique, peine
à devenir plus avantageux qu’un véhicule thermique pour les particuliers.
La suite et la fin de ce dossier proposent donc des scénarii qui pourraient donner l’avan-
tage au véhicule électrique, sans toucher au prix des carburants.
4 Impact des TCO sur la part du VE dans le trafic
Dans cette partie nous avons décidé de raisonner du point de vue du TCO journalier.
Effectivement, le TCO journalier est un bon indicateur, en première approche, du coût
payé par les individus lorsqu’ils utilisent leur véhicule. De plus, on rappelle que la matrice
de demande 6.4 permet de connaître la répartition par portée des distances parcourues en
un an. Ainsi, en connaissant les TCO journaliers et en faisant l’hypothèse qu’un individu
choisira le véhicule affichant le plus faible TCO, nous pouvons grossièrement estimer la
part de trafic qui pourrait être représentée par le véhicule électrique dans nos sénarii.
4.1 Situation initiale
La situation initiale permet de nous donner un aperçu de ce qu’il adviendra si nous ne mo-
difions aucun paramètre économique qui influence les véhicules électriques. Nous com-
parerons alors les scénarios avec la base initiale mais aussi entre eux.
Rappel des critères principaux des scénarios :
Ils prennent place dans un environnement urbain dense (comme l’Ile-De-France);
On considère que les véhicules sont utilisés six jours par semaines (soit 313 jours
par an et donc 86% de l’année);
Ils sont construits sur le modèle économique de la Twingo thermique et électrique.
Enfin les coûts pris en compte dans les scénarios sont étalés sur une période de vie du
véhicule de 10 ans. Il s’agit d’un choix arbitraire qui se base sur l’horizon 2030 puis-
qu’il s’agit d’une période qui fait consensus dans les textes réglementant la baisse des
Impact des TCO sur la part du VE dans le trafic 149
consommations des véhicules, les bonus-malus, et le prix de la tonne de carbone. Cepen-
dant nous avons conscience que les véhicules ont une durée de vie supérieure à 10 ans.
Ainsi, la figure 6.10 présente l’évolution des TCO journaliers pour différentes distances
journalières :
FIGURE 6.10 Comparaison des TCO journaliers pour les Twingo électrique et essence
dans la situation initiale
On remarque qu’avec l’ensemble des avantages et désavantages financier qu’apportent les
deux modèles de la Twingo, c’est entre 20km et 30km par jours que le TCO devient in-
téressant si l’on possède un véhicule électrique. Si les usagers qui n’utilisent leur voiture
que pour des distances inférieures à au moins 30km alors il n’est pas rentable d’utiliser
un véhicule électrique. La situation initiale permet tout de même de confirmer qu’une
voiture électrique peut être rentable. Cependant il précise de manière non négligeable à
la distance à partir de laquelle il est rentable d’en utiliser une. Un acheteur potentiel de
véhicule électrique pourrait alors être intéressé par ce genre de graphique.
En supposant qu’on étale le TCO sur une période de 10 ans notre scénario initial nous
montre que l’acheteur paiera plus cher son véhicule électrique comparé au véhicule ther-
mique s’il parcourt entre 3km et 10km par jours. Cependant la tendance s’inverse entre
10km/jour et 20km/jour ce qui veut dire que dans cet intervalle le TCO diminue suffisa-
ment pour rendre le véhicule électrique attractif.
Enfin, il est important de noter que dans ce scénario, les véhicules électriques représente
150 Prévisions des parts de marché du véhicule électrique en France
seulement 18% du trafic. Cette part est faible, mais comme le rappel le tableau 6.2, la
majeure partie des déplacements (51%) ont une portée de 5km ou moins.
4.2 Situation avec prise en compte du prix des énergies en 2030 et
des futures consommations en carburant
Dans ce scénario, nous avons décidé de comparer les TCO journaliers en projetant en
2030. Ainsi, nous avons prix en compte les prix de l’électricité et du SP95 en 2030 (grâce
modèle ARIMA), et nous avons également appliquer aux véhicules les consommations
prévues en 2030 (voir tableaux 6.6 et 6.7). La figure 6.11 montre la comparaison des
TCO journaliers :
FIGURE 6.11 Comparaison des TCO journaliers pour les Twingo électrique et essence
avec des prix d’énergie à horizon 2030
La figure 6.11 permet de présenter la situation en prenant en compte le prix des énergies
en 2030 et des consommations futures de carburant pour une Twingo électrique (en bleu)
et thermique (en orange) en suivant les critères cités en début de chapitre.
Ainsi, il s’agit ici de l’évolution des TCO journaliers de nos deux modèles de Twingo. A
travers cette scénarisation, il peut être constaté un point de passage entre ce qui coutera le
moins cher à l’usager d’un véhicule particulier de type Twingo en fonction de la distance
Impact des TCO sur la part du VE dans le trafic 151
journalière effectuée avec son véhicule lors des jours ouvrés. De fait, l’usager va pouvoir
choisir quel type de véhicule sera le plus adapté pour lui. Dès lors, on constate dans un
premier temps que c’est la Twingo à moteur thermique et roulant à l’essence qui est la
moins coûteuse à l’usager (le TCO est inférieur à sa cousine électrique) pour les courtes
distances [entre 0 et 20km par jours]. Pour autant, on constate une inversion de la tendance
à partir d’une distance journalière de 30km et un TCO équivalent pour une distance jour-
nalière de 20km. Cependant, si les valeurs à 20km/jour sont identiques, on peut remarquer
un coût légèrement plus éle pour le véhicule électrique. Autrement dit, c’est l’arrondi
au dixième qui donne une valeur similaire mais dans la réalité, par son rapprochement, le
point d’inversion de la tendance du TCO se situe pour une distance journalière de 21 voir
22km. Il peut alors être conclu que le VE est plus avantageux pour l’usager si ce dernier
effectue des distances journalières plus importantes, soit une distance supérieure à 21/22
km.
Néanmoins, en respectant le découpage en segment de distance effectué et en considérant
donc que le véhicule électrique devient plus avantageux à partir de 30km alors ce dernier
représente potentiellement 6% du trafic. La part du VE dans le trafic est donc fortement
dégradée (divisée par 3) par rapport à la situation initiale. Ceci est expliqué par la consom-
mation des véhicules thermiques qui ne cesse de diminuer alors que la consommation en
kWh/100km des véhicules électrique stagne. Ce fait doit être mis en regard de l’évolution
du prix du SP95 favorable au véhicule thermique, comme expliqué en début de chapitre.
On comprend donc que pour que le véhicule électrique reste compétitif à horizon 2030, il
faut diminuer sa consommation.
4.3 Situation avec baisse du coût des infrastructures, bonus écolo-
gique à 6000C et prix des énergies en 2030
Nous avons donc constaté qu’à horizon 2030, la consommation des véhicules thermiques
a une tendance à la baisse (-20% par rapport à 2020) mais ce n’est pas le cas des véhicules
électriques.
Avant de réaliser un scénario prenant en compte une baisse de la consommation des vé-
hicules électriques, nous avons décidé de regarder l’effet d’une augmentation du bonus
écologiques conjointement à la baisse du coût de la borne de recharge pour laquelle l’usa-
ger doit payer les frais d’installations. Nous avons donc dans ce scénario :
augmenter le bonus écologique à 6 000C (actuellement à 5 300C pour une Twingo
152 Prévisions des parts de marché du véhicule électrique en France
électrique);
baisser le prix de l’installation d’une borne à 300C.
La figure 6.12 représente l’évolution des TCO dans un tel scénario :
FIGURE 6.12 Comparaison des TCO journaliers pour les Twingo électrique et essence
avec des prix d’énergie à horizon 2030 et bonus écologique porté à 6000C
Malgré le nombre important de modifications on remarque assez peu de changement par
rapport à la situation initiale. Les prix sont similaires et le TCO du véhicule électrique
devient inférieur à celui du véhicule thermique pour une même distance journalière. Une
fois encore en supposant qu’on étale le TCO sur une période de 10 ans ce scénario nous
montre que l’acheteur paiera plus cher son véhicule électrique comparé au véhicule ther-
mique s’il parcourt entre 3km et 10km par jours. La tendance s’inverse entre les kilo-
mètres 10 et 20 ce qui veut dire que qu’à partir de cet intervalle, le TCO est en faveur du
véhicule électrique.
On remarque que les prix sont légèrement plus faibles par rapport au scénario initial.
Comme ils ont diminué à la fois pour les deux types de véhicules nous pouvons affirmer
que cette diminution est due aux prix des infrastructures que nous avons baissé et au bo-
nus qui a été réévalué.
En terme de part de marché, le bonus écologique permet de rattraper le retard affiché dans
le scénario précédent. Effectivement, le véhicule électrique représente ici 18% des dé-
placements. On constate donc que l’accompagnement de l’achat d’un véhicule électrique
Impact des TCO sur la part du VE dans le trafic 153
via un bonus écologique plus éle a permis de rendre le véhicule électrique plus attrac-
tif. Néanmoins, cela n’a pas permis de lui donner plus d’importance que dans le scénario
intial. Cela souligne donc la nécessité d’accompagner l’achat des véhicules électriques
tant que leur consommation ne permet pas de les rendre compétitifs face aux véhicules
thermiques.
4.4 Situation avec amélioration de la consommation en kWh/100km
des VE en 2030
Les chiffres de TICPE prévoient une hausse du prix des hydro-carburants qui devrait en
partie être compensé par les meilleures performances des véhicules thermiques. Dans le
même temps, le prix de l’électricité devrait augmenter et être davantage taxé du fait de
son utilisation accrue. Bien que le prix de l’électricité reste moins éle que celui des hy-
drocarbures, le véhicule électrique pourrait perdre de son intérêt pour les consommateurs.
Par conséquent, nous avons voulu tester l’évolution du marché du véhicule électrique
en prenant en compte une éventuelle amélioration de la consommation des moteurs élec-
triques analogues à celle des moteurs thermiques dans des conditions similaires aux autres
scénarios. La figure 6.13 représente un tel scénario :
FIGURE 6.13 Comparaison des TCO journaliers pour les Twingo électrique et essence
avec des prix d’énergie à horizon 2030 et baisse des consommations
154 Prévisions des parts de marché du véhicule électrique en France
Le CGDD estime que la consommation des moteurs thermiques devrait baisser de 20% à
l’horizon 2030 en se basant sur la progression des performances des véhicules thermiques.
Dès lors, nous avons transposé cette baisse de consommation aux véhicules électriques
afin d’observer les effets de long terme sur le TCO. La consommation de la Twingo élec-
trique a donc été ajustée à 14.4 kWh/100km.
Comme le graphique l’illustre, une amélioration des performances énergétiques du véhi-
cule électrique ne permet pas un gain substantiel de part de marché des citadines, puique
celles-ci ne représente encore que 6% du trafic.
D’une part, les consommateurs sont plus sensibles à une réduction immédiate du prix à
l’achat ou à un malus, plutôt qu’à des systèmes de compensation progressifs. Une amélio-
ration des performances du véhicules devrait s’accompagner d’un prix d’achat plus élevé.
Ainsi, tant que le prix d’achat du véhicule électrique et des infrastructures de recharge res-
tera élevé, le véhicule électrique sera moins compétitif qu’un véhicule moins cher. D’autre
part, une amélioration des performances énergétiques du véhicule ne s’accompagne pas
nécessairement d’une amélioration de l’autonomie.
Ainsi, dans ce scénario, un véhicule électrique devient plus rentable qu’un véhicule ther-
mique, qu’à partir du moment la distance quotidienne parcourue est supérieure à une
distance comprise entre 20km et 30km.
4.5 Situation avec baisse du coût des infrastructures et amélioration
de la consommation des VE
Comme nous l’avons vu précédemment, la situation en 2030 ne semble pas être favorable
à l’usage du véhicule électrique, même avec une baisse de la consommation des VE.
Regardons si une baisse du coût de l’installation de la borne de recharge du véhicule peut
permettre de modifier cette tendance. La figure 6.15 représente l’évolution des TCO dans
ce scénario :
Impact des TCO sur la part du VE dans le trafic 155
FIGURE 6.14 Comparaison des TCO journaliers pour les Twingo électrique et essence
avec des prix d’énergie à horizon 2030 et baisse des consommations
Ici, comme énoncé préalablement le coût de l’infrastructure est passé de 1 000 C à 300 C.
Si l’on répartit sur une durée moyenne de possession de 10 ans avec 86% de jours ouvrés
(soit 313 jours), on obtient le chiffre économiser par jour par l’usager du véhicule élec-
trique soit 23 centimes par jour. Un chiffre sommes toute très décevant pour les usagers
au regard des efforts qui seront réalisés. On peut constater que le véhicule électrique est
une fois de plus moins avantageux que dans la situation initiale. Encore ici le véhicule
électrique ne représente que 6% de part de marché. Finalement la baisse du coût des
infrastrucutres n’aura pas permis d’améliorer la situation pour le véhicule électrique. On
comprend qu’il faudrait coupler la baisse des consommations et du prix des infrastructures
avec l’augmentation du bonus écologique.
4.6 Situation avec stationnement gratuit
Comme pour les autres scénarios, nous avons souhaité comparer le TCO d’une Twingo
électrique et thermique en milieu dense (IDF) lorsque le stationnement et la recharge du
véhicule électrique était gratuit.
156 Prévisions des parts de marché du véhicule électrique en France
FIGURE 6.15 Comparaison des TCO journaliers pour les Twingo électrique et essence
avec stationnement en borne gratuit pour les électriques
Pour une utilisation 6 jours par semaine, on s’aperçoit que la voiture électrique devrait
totalement remplacer le parc de véhicules thermiques sur le marché des citadines. En
effet, dans cette configuration le TCO des véhicules électriques est systématiquement
plus faible que celui du véhicule thermique. Cependant, ce scénario permet d’interroger
le rôle que doivent tenir les véhicules électriques dans les mobilités; ainsi une offre de
stationnement et de recharge gratuite risque d’induire une forte demande dans les centres
urbains. Dès lors, le rôle de la voiture électrique ne serait plus que de limiter les émissions
de GES mais serait dépourvu d’effets connexes sur les mobilités urbaines et les pollutions
(bruit routier, pollution de l’air, etc).
5 Discussion
Les solutions actuelles pour rendre les mobilités plus durables ne passent plus nécessaire-
ment par l’amélioration ou le remplacement du parc automobile thermique mais plutôt par
une utilisation plus rationnelle des ressources à notre disposition. Ainsi, en même temps
qu’une partie du parc automobile est effectivement améliorée afin de réduire les émissions
de gaz à effet de serre, des formes de mobilité partagées émergent afin de mieux rentabili-
ser le parc existant. Néanmoins, ces formes d’utilisation partagée sont encore balbutiantes
Discussion 157
mais elles permettent de relativiser le potentiel de développement du marché du véhicule
électrique, notamment au vu des perspectives dégagées par notre modèle.
Ainsi, nos scénarios nous amènent à faire preuve de prudence quant à la croissance du
marché du véhicule électrique. Bien que ces prévisions soient nécessairement imprécises
et favorables au prix des hydrocarbures au vu des données disponibles, le véhicule ther-
mique continuera d’être extrêmement compétitif tant que le prix d’une énergie alternative
restera supérieur au prix d’extraction du pétrole. Néanmoins, les part de marché du vé-
hicules électriques ne sauraient être limités à de simples considérations énergétiques. En
effet, le prix des batteries devrait continuer à rendre le véhicule électrique inaccessible
pour une grande partie de la population. Ainsi, dans la plupart de nos scénarios, une voi-
ture électrique devient rentable lorsque l’utilisateur parcourt au minimum une distance
comprise entre 20km/jour et 30km/jour, alors qu’aujourd’hui 65% des trajets quotidiens
effectués en voiture ne dépassent pas les 5km. Bien qu’une étude du cabinet Bloomberg
souligne que le prix des batteries devrait passer sous la barre de 100$/KwH en 2021 3, il
faut ajouter le prix des infrastructures de recharge au TCO des véhicules électriques. De
plus le prix du stationnement est déterminant : si ce cout était totalement pris en charge
par les collectivités, le parc des véhicules citadins thermiques pourrait être totalement
remplacé, toute chose égale par ailleurs.
Ces résultats soulignent l’importance des programmes d’action publique en faveur du vé-
hicule électrique. Ces politiques publiques, qu’elles soient économiques, règlementaires
ou en urbanisme semblent être un des facteurs essentiels à la formation d’un marché de
masse critique du véhicule électrique. Néanmoins, il faut se demander si le remplacement
total du parc automobile thermique par un parc électrique est souhaitable. Si cela permet-
trait de réduire les émissions de GES, les problématiques liées aux mobilités automobiles
couvrent également d’autres problèmes environnementaux, notamment les pollutions de
l’air et sonores, sociaux et culturels, que le véhicule électrique ne permet pas d’adresser.
Les usages du véhicule particulier constituent une problématique à part entière qu’il faut
traiter conjointement à l’étude du déploiement de véhicules moins polluants. L’exigeance
d’une autonomie toujours plus grande alors que 65% des déplacements ont une portée
inférieure à 5km peut porter à confusion. Finalement, ce travail souligne la nécessité d’un
changement des comportements des usagers tout en accompagnant la conversion du parc
automobile.
3. Battery Pack Prices Cited Below $100/kWh for the First Time in 2020, BloombergNEF’s annual
battery price survey
158 Prévisions des parts de marché du véhicule électrique en France
7.
La pluridisciplinarité dans la démarche
de conception mise à l’épreuve par
l’intromission des expertises
Lors de mon master Transports & Mobilités, j’ai découvert des expertises en sciences de
l’ingénieur et en sciences économiques et sociales différentes de celles que j’avais cô-
toyées pendant le début de ma scolarité à l’ENS Paris-Saclay. J’ai été particulièrement
marqué par la complémentarité de l’ensemble de ces disciplines. En effet, les grands pro-
jets d’infrastructures nécessitent des expertises provenant de milieux différents et celles-ci
doivent se combiner pour proposer une feuille de route cohérente aux différents acteurs
du projet; État, collectivités territoriales, autorités administratives, associations et indus-
triels.
J’ai donc souhaité comprendre plus précisément comment les disciplines s’articulaient
autour d’un projet commun. Effectivement, la thématique de l’instruction des dossiers
scientifiques et techniques au niveau de la décision me semble être indispensable à saisir
pour ma future carrière. Dans le mémoire qui suit, je me suis donc concentré sur la mise
en œuvre de la démarche pluridisciplinaire au sein d’une entreprise impliquée dans de tels
projets. J’ai fait le choix de retourner à Arep car je connaissais déjà bien son organisation
et ses dynamiques de travail.
Sommaire
1 Résumé ....................................161
2 Introduction .................................161
3 Évaluation des facteurs de formes .....................164
4 Nécessité de la complémentarité des savoirs techniques et urbanistiques 165
5 Conclusion ..................................193
160
La pluridisciplinarité dans la démarche de conception mise à l’épreuve par l’intromission
des expertises
« La ville est l’objet d’un débat structuré qui convoque à la
parole et la prise de position tous ceux qui se préoccupent du
devenir d’une société. »
Christian Topalov, « De la "question sociale" aux "problèmes urbains" les réformateurs
et le peuple des métropoles au tournant du XXe siècle », Revue internationale des
sciences sociales, août 1990, p. 359-376
Résumé 161
1 Résumé
Les outils de modélisation du micro-climat urbain nécessitent une certaine technique. Ils
sont issus d’une expertise sans faille en mathématiques et physiques appliquées, notam-
ment en mécanique des fluides et en thermique. A priori réalisés pour et par des experts,
il est néanmoins intéressant de se demander si certaines versions « simplifiées » de tels
outils peuvent être directement employées lors des démarches de conception.
Effectivement, depuis l’avènement de l’urbanisme et de la planification urbaine au début
du XXeme siècle, les études urbaines ont renforcé, et institutionnalisé, leur caractère plu-
ridisciplinaire. Cependant, malgré cette pluridisciplinarité, les collaborations fructueuses
sont rares.
La présentation d’un outil développé avec les experts en confort thermique et aéraulique
de l’agence d’architecture AREP, permet dans un premier temps de comprendre les sa-
voirs techniques qui sont mobilisés pour aider à la compréhension du climat urbain, et
donc aider à l’aménagement. Le présent travail interrogera ensuite, après un rappel des
faits historiques marquant les études urbaines, les causes des échecs des démarches pluri-
disciplinaires. Si l’absence d’une méthode claire chez les concepteurs ainsi que le « cor-
poratisme » de certaines professions sont en cause, il apparaît également que la rigidité
des systèmes de valeurs freine le bon déroulement des démarches.
2 Introduction
162
La pluridisciplinarité dans la démarche de conception mise à l’épreuve par l’intromission
des expertises
La trahison des images est le titre de la fameuse œuvre de René Magritte, représentant
une pipe sous laquelle figure la phrase Ceci n’est pas une pipe. En niant ce qui apparaît
comme une évidence, Magritte propose une réflexion sur le lien entre imaginaire,
représentation et concret. Effectivement, l’image d’une pipe n’est pas une pipe, et ce
que l’œuvre donne à voir n’est pas non plus une pipe. Il paraît pourtant évident que ce
qui est donné à regarder est la représentation exacte de ce que le mot « pipe » évoque.
Si la phrase Ceci n’est pas une pipe paraît paradoxale, c’est car elle oblige à remettre
en question le lien que nous faisons entre imaginaire et concret. C’est ce que cherche
également à faire, plus humblement mais peut être de manière plus provocante, l’image
de couverture de ce travail. Il pourrait être évident pour certaines personnes que cette
équation entre en jeu dans l’étude du climat urbain. Pourtant, dans l’imaginaire collectif,
jamais le mot « urbanisme » ne provoquerait une telle image. Alors que les expertises
en climatologie ou bien en économie prennent de plus en plus place dans les réflexions
en études urbaines, la représentation de ces études dans l’espace public puis dans les
imaginaires ne semble pas restituer cette pluralité. Ce travail veut donc interroger la place
que prennent les expertises scientifiques dans les réflexions sur la fabrique de la ville,
ainsi que la place qui leur est accordée en retour.
Ce mémoire a été conçu à l’image de ma formation. Je voulais que celle-ci m’apporte
de solides connaissances en sciences de l’ingénieur d’abord, puis en aménagement du
territoire. Ce cursus pluridisciplinaire a été rendu possible grâce à l’École Normale
Supérieure Paris-Saclay, à l’École d’Urbanisme de Paris ainsi qu’à l’École des Ponts
ParisTech. Ce mémoire est donc constitué d’une première partie technique, décrivant le
développement et la mise à l’épreuve de l’outil que nous avons créé avec L’hypercube.
Cette partie s’apparente à un rapport de stage. Vient ensuite une deuxième grande partie
qui analyse plus potentialités de tels outils lorsqu’ils sont intégrés à une démarche urba-
nistique. Au fur et à mesure que je développais l’outil demandé, le sujet du mémoire de
recherche qui suit le rapport de stage me paraissait de plus en plus évident. L’hypercube
est une entité pluridisciplinaire, spécialisée en modélisation thermiques et en mécanique
des fluides numérique. Elle fournit des expertises dans ces domaines aux concepteurs
de l’agence. Elle fait donc partie d’une démarche pluridisciplinaire, signature d’AREP.
Cependant, en développant l’outil, je me rendais compte que celui-ci ne serait exploitable
que par mes tuteurs qui ont suivi son déroulement de A à Z. Ainsi, je me demandais
quelle place pouvait occuper ce type d’outil numérique dans une démarche plus globale
de conception. C’est donc volontairement que le rapport de stage et le mémoire sont mis
en regard dans ce document. Cet agencement est fait pour interroger sur la vision de la
Introduction 163
démarche de conception. Car si les premières pages ne semblent pas traiter d’urbanisme,
les pages qui suivent viennent démontrer l’inverse.
La première différence évidente entre les cursus que ma formation m’a permis d’experi-
menter est d’un côté un savoir basé sur un bagage mathématique et physique important,
et de l’autre côté un savoir basé sur des écrits sociologiques et économiques. Alors que le
premier s’acquiert par la rigueur et l’exercie, le second s’acquiert en grande partie grâce
à des lectures personnelles riches et diversifiées. Je voulais souligner cette différence de
méthode car elle m’a parut fondamentale pour comprendre comment travailler avec mes
camarades étudiants des différents cursus. Cette observation a soule quelques interro-
gations; dans quelles mesures la recherche en matériaux, en efficacité énergétique, en
confort etc ... et le travail effectué lors de ce stage participent aux recherches menées en
urbanisme?
Ensuite, je voulais utiliser l’expérience apportée par mes trois stages consécutifs au sein
de L’hypercube pour comprendre comment communiquaient entre elles les branches
techniques et urbanistes. Le but ici est de comprendre dans quelles mesures les savoirs
développés des deux côtés sont complémentaires. Pour assurer la complémentarité,
et donc la continuité, de ces savoirs il semble essentiel de comprendre comment ces
différentes entités travaillent. Une autre interrogation émerge alors; pourquoi la démarche
purement urbanistique ne suffit elle pas à analyser/envisager un projet urbain, notamment
dans un objectif de société bas-carbone? Pourquoi la pluridisciplinarité est essentielle?
Pour répondre à ces interrogations, une approche historique me semblait nécessaire. Il
faut comprendre d’où vient l’ « art urbain » et comment il s’est formalisé pour éclairer
le travail des très nombreux acteurs qui y prennent part. Ensuite est proposé d’analy-
ser comment cette nouvelle discipline, bien que profondément pluridisciplinaire, a une
perméabilité toute relative aux notions et principes émanant de sciences plus éloignées
de l’aménagement urbain. Finalement, il est proposé d’utiliser les observations réalisées
pendant le stage pour mettre en exergue ce qui a été analysé dans les parties précédentes.
164
La pluridisciplinarité dans la démarche de conception mise à l’épreuve par l’intromission
des expertises
3 Évaluation des facteurs de formes
Cette partie n’est pas présentée ici car elle a fait l’objet d’un article de conférence qui
figure dans le chapitre suivant. Seule la conclusion de cette partie figure ci-après :
3.1 Conclusion du chapitre
Les travaux exposés dans ce chapitre ont permis le développement d’une routine de calcul
de FF qui sera réutilisée pour d’autres applications (technicentres, confort intérieur...). Le
temps de calcul nécessaire à la détermination de l’ensemble des facteurs de forme peut
être long. Néanmoins, comme montré précédemment, il suffit de calculer tous ces FF une
unique fois. Après quoi il est possible d’analyser l’évolution de leur valeur en fonction
de la distance entre cellules et du rapport entre surfaces. De cette analyse peut découler
deux critères limites de calcul, un sur la distance et un sur le rapport des surfaces.
Dans l’exemple étudié, il a été montré que pour une distance supérieure à 50 mètres
entre cellules, les facteurs de forme devenaient négligeables. Cependant, il a aussi été
montré que pour n’importe quel rapport de surface il était possible de trouver des valeurs
de facteurs de forme non-négligeables. Finalement, l’unique critère sur la distance
entre cellules a permis de réduire les calculs de 80% environ. Les calculs ont en sus été
accélérés de 50% par le recours à cython, language à mi-chemin entre du C et du python.
Les principaux résultats sont résumés comme suit :
même si la prise en considération de facteurs de forme exacts impliquent des résul-
tats sensiblement plus précis, le calcul de MRT peut se faire sans y avoir recours;
l’impact sur la température de surface est plus sensible en situation estivale qu’en
situation hivernale;
l’impact sur la température de surface est plus important pour les surfaces proches
des bâtiments;
il semble y avoir une meilleure représentation du phénomène d’îlot de chaleur ur-
bain avec prise en compte des FF exacts.
Enfin, il faut noter que le fichier météorologique peut influencer grandement les phéno-
mènes d’îlot de chaleur urbain. En effet, des tests menés en parallèle sur le climat de
Nécessité de la complémentarité des savoirs techniques et urbanistiques 165
Hanoï à partir de l’outil développé durant le stage ont montré qu’une même forme ur-
baine ne présentait pas nécessairement la même réponse vis à vis du phénomène d’ICU
en climat tropical humide qu’en climat continental. Par manque de temps, il n’a pas été
possible d’étudier la prise en compte des FF exacts en fonction des climats. Cela peut
donc être une piste d’approfondissement pour la suite.
4 Nécessité de la complémentarité des savoirs techniques
et urbanistiques
4.1 Introduction
Le but de ce dernier chapitre est d’étudier le positionnement de la recherche appliquée
et des outils qui en découlent par rapport à la démarche d’aménagement urbain. Effecti-
vement, l’outil développé et présenté précédemment est le fruit d’un travail au sein d’un
bureau de recherche appliquée d’une agence pluridisciplinaire d’aménagement urbain.
Si cet outil a fait ses preuves pour les chercheurs et chercheuses de ce bureau, il faut
maintenant essayer de comprendre ce qu’il apporte plus généralement aux projets qui
sont développés par l’ensemble des collaborateurs. Autrement dit; à quoi sert-il?
Pour étudier ce positionnement de manière critique, une approche historique est proposée.
Dans un premier temps, il paraît nécessaire de comprendre comment la recherche et
les études urbaines se sont développées en France, depuis l’avénement de l’urbanisme
jusqu’à aujourd’hui. Effectivement, l’aménagement urbain est un processus long im-
pliquant plusieurs corps de métiers. Ainsi, les apports aux études urbaines proviennent
de divers horizons; sciences humaines et sociales, architecture, géographie, génie civil,
hygiénisme etc ... Il faut donc comprendre comment les jeux de ces différents acteurs
se sont articulés sur les scènes nationale et internationale. Il sera étudié la manière à
laquelle des conflits ont pris place sur cette scène, et comment des professions se sont
imposées et d’autres effacées. Aujourd’hui les études urbaines sont envisagées selon
une démarche pluridisciplinaire. Cependant, les collaborations ne sont pas pour autant
fructueuses, notamment à cause des conflits évoqués plus haut. Il apparaît donc que la
démarche pluridisciplinaire en matière d’aménagement est en perpétuelle construction.
166
La pluridisciplinarité dans la démarche de conception mise à l’épreuve par l’intromission
des expertises
Les études urbaines voient donc leur géométrie évoluer en permanence. Cette flexibilité
découle fortement de la prédominance de certains sujets dans notre société. Ainsi, depuis
les années 90 et l’affirmation de la notion de développement durable, les études urbaines
doivent prendre en considération des recherches liées à ses trois piliers; économique,
social et environnemental. Cependant, la prise en compte du volet environnemental
semble bien plus avancée mais aussi mal développée par les concepteurs. Comme il
sera étudié dans ce qui suit, ces derniers semblent parfois ne s’approprier que le volet
environnemental, quitte à en faire un argument marketing. « Respecter l’environnement »
devient vendeur. Ces écarts entre ce que le développement durable exige et sa mise en
pratique sont représentatifs de systèmes de valeurs propres aux professions impliquées
dans l’aménagement. Comme analysé dans ce qui suit, si la manière d’envisager
l’urbanisme est flexible, il subsiste cependant une forte inertie due à des considérations
professionnelles qui héritent des habitudes d’une autre époque.
Finalement, c’est après avoir étudié l’institutionnalisation des études urbaines, leur carac-
tère pluridisciplinaire ainsi que leur capacité relative à voir évoluer leur paradigme qu’il
sera proposé d’analyser la position de la recherche appliquée, et notamment de l’outil
développé lors de ce stage, vis à vis de la démarche de conception en urbanisme. Cette
analyse a notamment été rendue possible grâce à quelques entretiens menés avec les em-
ployés de L’hypercube d’AREP. Dans ce qui suit « urbaniste » fait référence à un profes-
sionnel spécialisé dans l’ordonnancement de l’espace urbain. Tandis que « technicien »
fait référence à un spécialiste dans l’application pratique des sciences.« Scientifique » fait
référence à un expert dans un domaine des sciences. Cette distinction est importante car
comme il sera montré dans ce qui suit, un urbaniste n’est pas nécessairement scientifique
ou technicien, de même qu’un technicien n’est pas nécessairement un scientifique.
4.2 Organisation des savoirs et savoir-faire en urbanisme
Il aura fallu attendre le début du XXeme siècle et la loi du 14 mars 1919, dite Loi
Cornudet, pour dessiner les contours de la planification urbaine et déclencher l’in-
terventionnisme de l’État dans la fabrique de la ville. Cette loi, instaurant le Plan
d’Aménagements, d’Extension et d’Embellissement des villes (PAEE), a en effet été
accompagnée par une institutionnalisation des savoirs et savoir-faire en matière d’aména-
gement urbain. Elle acte également la naissance de la planification à l’échelle nationale
Nécessité de la complémentarité des savoirs techniques et urbanistiques 167
et, bien que devenant rapidement obsolète, sera suivie par une série de plans; les Plans
de reconstruction et d’aménagements en zone bombardée en 1940, les Plans d’urbanisme
directeurs à partir de 1958, les Schémas d’Aménagements Directeur Urbain (SDAU) à
partir des années 1960, ou encore les Schémas de Cohérence Territoriale (SCOT) plus
tard dans les années 2000.
Dans cette partie est étudiée comment l’urbanisme est devenue une pratique, une tech-
nique autour de laquelle gravite une multitude de professions. Et comment malgré les
dynamiques enclenchées assez tôt au XIXeme, la démarche de conception interprofes-
sionnelle a eu du mal à voir le jour.
4.2.1 Naissance de l’urbanisme
Avant le XIXeme siècle l’État n’intervient que sporadiquement dans l’aménagement
des villes, notamment à travers des législation portant sur des plans d’alignement pour
les villes de plus de 2 000 habitants (1807) ou bien sur les expropriations (1841). Ainsi,
en matière d’art urbain et d’aménagement du territoire se sont essentiellement des
professions libérales qui sont à l’oeuvre; médecins, ingénieurs, géographes ou encore
architectes.
Comme analysé dans (GAUDIN,1987), l’aménagement des espaces urbains au XIXeme
siècle est profondément marqué par l’hygiénisme. En effet, à cette époque les villes sont
vues comme des « marais » dans lesquels se développent les maladies et l’espérance de
vie est bien plus faible qu’à la campagne (POUSSOU,1992). Les hygiénistes, composés
d’abord de médecins auxquels vont s’ajouter des techniciens municipaux puis des
ingénieurs, s’attèlent alors à la tâche d’assainir les villes. Les villes sont considérées
comme hébergeant un ensemble de flux dont « l’écoulement optimal est garant de la
santé » (BARLES,2011). Ces espaces vont alors voir naître en leur sein des infrastructures
en réseau permettant la maîtrise de trois éléments; l’air, l’eau et le sol. C’est donc par
le prisme de la salubrité et de la santé, proposé essentiellement par les hygiénistes, que
les villes vont être modelées. La planification urbaine n’est donc pas encore de mise.
Un nouvel élément dans l’étude des villes va alors suggérer la nécessité de planification.
Cet élément est la croissance démographique importante des grandes villes, entrainant
un entassement de la population et une extension plus ou moins chaotiques des villes. Si
l’approche hygiéniste permet d’éviter l’insalubrité induite par la première conséquence,
elle ne permet pas cependant d’aborder la deuxième conséquence; l’étalement urbain.
168
La pluridisciplinarité dans la démarche de conception mise à l’épreuve par l’intromission
des expertises
La démarche prévisionnelle dans l’art urbain devient donc plus que nécessaire. Les
professions auparavant mobilisées dans la démarche hygiéniste vont alors soutenir l’ini-
tiative de planification urbaine, puis tenter de légitimer leur présence dans ce projet. Ainsi
géomètres, ingénieurs, architectes et autres professions vont s’affronter pour imposer
leur vision de la planification urbaine, (GAUDIN,1987). S’il existe des confrontations,
il y a également des initiatives fédératrices. Cette scène s’organise autour de grandes
associations telles que le Musée Social, créé en 1894, ou encore l’Association Générale
des Hygiénistes et Techniciens Municipaux (AGHTM), ancêtre de l’actuelle Association
Scientifique et Technique pour l’Eau et l’Environnement (ASTEE).
D’abord le Musée Social, c’est une association de professionnels qui créé en 1908 une
section d’Hygiène urbaine et rurale. Cette section va coordonner l’action de différentes
associations telles que la Société française des habitations à bon marché, la Société
pour la protection des paysages de France, la Société des espaces libres et terrains de
jeux, ou encore la Société française des architectes et urbanistes. Cette division du
travail permet, comme le laisse penser les noms de ces différentes sociétés, d’aborder
l’ensemble des problématiques propres à la planification urbaine; le logement ouvrier,
les espaces publics, les réseaux d’infrastructures. L’AGHTM a elle vocation à fédérer
les différentes professions de l’aménagement en évitant la prédominance de l’une sur
les autres. Ainsi, architectes, ingénieurs, hygiénistes et élus y sont représentés. Elle
organise des conférences et des colloques. Elle publie également sa propre revue à
partir de 1906 intitulée « Technique Sanitaire et Municipale » (TSM). Comme son nom
l’indique, cette revue s’adresse essentiellement aux techniciens des municipalités, et
son contenu principalement technique couvre les principales problématiques liées au
développement urbain des municipalités de l’époque; la gestion et la valorisation des
déchets, l’assainissement de l’eau. De plus, comme analysé dans (FRIOUX,2017), le fait
que cette revue soit encore éditée montre l’intérêt que l’association a suscité auprès de
professions différentes (ingénieurs, entrepreneurs, élus, techniciens, experts) tout au long
du siècle écoulé.
Grâce à ces entités, des études techniques interprofessionnelles ont pu être réalisées afin
de guider les commissions parlementaires dans l’adoption des textes de lois marquant
l’avènement de la planification urbaine (GAUDIN,1987).
Il est maintenant proposé d’observer comment s’est déroulée la spécialisation des corps
de métier dans l’urbanisme, comment sont « apparus » les premiers urbanistes.
Nécessité de la complémentarité des savoirs techniques et urbanistiques 169
4.2.2 Institutionnalisation, professionnalisation et spécialisation des corps de mé-
tier
Le XXeme siècle voit donc acter la reconnaissance légale de l’urbanisme ainsi que
la nécessité de la planification urbaine. Il est alors nécessaire de savoir comment les
acteurs prenant part à cette planification vont être formés et spécialisés. Car si la loi de
1919 impose un PAEE à certaines communes, elle impose également le recourt, pour la
constitution des plans, à un « homme de l’art » 1, comprendre « praticien ». C’est à dire la
personne qui possède le savoir et le savoir-faire pour planifier.
Le problème est alors de savoir qui peut être un « homme de l’art ». Car si ce terme
recouvre a priori une multitude de définition, ce n’est pourtant pas celui qui était employé
dans les premiers projets de loi portant sur l’urbanisme. En effet, les projets de lois
antérieurs à celle de 1919 précisaient que l’architecte était la personne la plus qualifiée
pour élaborer des plans, et que cette personne devait être reconnue pour ses travaux
antérieurs et recrutée sur concours. Cependant, cette proprosition de législation s’orientait
beaucoup trop en faveur des architectes d’une part, et trop en faveur des membres des
sociétés chapeautées par le Musée social d’autre part. Effectivement, la Société française
des urbanistes et architectes regroupait en son sein l’essentiel des architectes ayant
été primés pour leurs travaux antérieurs lors de concours internationaux. Le risque
d’exclusion d’une grande partie des agents municipaux, qui ont pourtant l’avantage
de l’expérience, était donc bien trop grand. Il apparaît donc que le terme « homme de
l’art » est employé pour élargir le champ des possibles et permettre de faire appel a des
profils conjuguant connaissances scientifiques et pratique de terrain. De cette définition
de « l’homme de l’art » par opposition à un professionnel qui serait cloisonné dans une
discipline, découle la nécessité de faire collaborer, de fédérer différents corps de métiers.
Du côté de l’État, le but est de maîtriser le développement parfois anarchique des villes.
Les moyens mis en oeuvre pour atteindre cet objectif peuvent être vus comme une mise
sous tutelle de la planification des municipalités. Effectivement, suite à la législation
sur l’urbanisme seront installées des Commissions chargées de l’évaluation des plans.
Ainsi les municipalités doivent élaborer un plan, qui sera revu par une commission
départementale qui le soumettra ensuite à la Commission supérieure qui pourra alors, ou
1. Loi Cornudet du 14 mars 1919, Legifrance.fr
170
La pluridisciplinarité dans la démarche de conception mise à l’épreuve par l’intromission
des expertises
non, déclarer le plan comme d’utilité publique. Cependant, ce principe de fonctionnement
débouchera sur des situations d’expertises dans lesquelles une poignée de spécialistes dé-
livrent conseils et avis techniques au plus haut niveau de l’administration. De plus, du fait
de la proximité entre la sphère politique et les sociétés et associations de professionnels
étudiée précédemment, il s’avère que ces spécialistes sont bien souvent des architectes
légitimés par leurs expériences. Finalement, comme analysé dans (CLAUDE & SAUNIER,
1999), les initiatives interprofessionnelles aux débuts de l’urbanisme semblent donc être
des voeux pieux et un cloisonnement certain des professions apparaît avec l’intervention
de l’État.
Du côté des professionnels et des formateurs, la synthèse des savoirs n’a pas nécessaire-
ment été mieux élaborée. Citons par exemple le « brevet d’hygiéniste-technicien » créé à
l’intiative de l’AGHTM et du Conservatoire National des Arts et Métiers et qui voit le jour
en 1924. Cette formation recrutera essentiellement des ingénieurs parisiens (FRIOUX,
2009), ou bien des hygiénistes connus déjà en poste comme le Dr. Pissot, directeur du
bureau d’hygiène de Versailles. Les provinciaux seront donc tenus plus ou moins à l’écart
de cette formation, enracinant un peu plus les cloisonnement entre professions et entre la
capitale et la province. De plus, comme analysé dans (FRIOUX,2009), l’École des Hautes
Études Urbaines, succédant à l’Institut d’Histoire, de Géographie et d’Économie Urbaine
créée en 1915 par Marcel Poëte, et qui devient en 1924 le premier Institut d’Urbanisme
rattaché à l’université de Paris, échoue à dégager une méthode commune aux territoires
français et aux acteurs de la planification. En effet, il ressort de (FRIOUX,2009) que
malgré le caractère audacieux et innovant de l’Institut d’Urbanisme, celui-ci n’aura à ses
début que peu influencé la planification au niveau nationale. Cependant il ressort aussi
que c’est certainement grâce à l’École Nationale d’Administration Municipale que des
méthodes ont été propagées jusqu’aux acteurs territoriaux.
Le dyptique formé par l’État et les collectivités territoriale semble donc emprunt d’une
forte inertie. En effet, la mise en place d’une planification urbaine cohérente à l’échelle du
territoire nationale, et qui parvienne à faire collaborer l’ensemble des professions devant
être mobilisées, est lente. C’est par la création d’une nouvelle entité que ce duo compte
se faire aider; les agences d’urbanisme.
Nécessité de la complémentarité des savoirs techniques et urbanistiques 171
4.2.3 L’arrivée des agences d’urbanisme
D’une volonté commune à l’État et aux collectivités territoriales, des entités voient le jour
dans les années soixante pour aider à la planification urbaine. En effet, l’État souhaite
mettre en place une stricte réglementation de l’usage des sols au service d’un projet global
d’extension urbaine, qui serait un cadre légal dans lequel les collectivités territoriales
pourrant évoluer. Avec la loi d’Orientation Foncière (LOF) de 1967, les premières agences
d’urbanisme sont créés. Elles doivent aider les collectivités à la rédaction des Schémas
Directeur d’Aménagement et d’Urbanisme et des Plans d’Occupation des Sols. Elles sont
organisées en association loi 1901, de droit pri constitué d’un intérêt public. Ce statut
permet d’une part le but non lucratif et d’autre part la neutralité politique des entités.
L’article L132-6 du Code de l’urbanisme défini les agences d’urbanisme de la manière
suivante :
Les communes, les établissements publics de coopération intercommunale
et les collectivités territoriales peuvent créer avec l’État et les établissements
publics ou autres organismes qui contribuent à l’aménagement et au dévelop-
pement de leur territoire, des organismes de réflexions, d’études et d’accom-
pagnement des politiques publiques, appelés «agences d’urbanisme». Ces
agences d’ingénierie partenariale ont notamment pour mission de :
suivre les évolutions urbaines et développer l’observation territoriale,
participer à la définition des politiques d’aménagement et de développe-
ment et à l’élaboration des documents d’urbanisme et de planification qui
leur sont liés, notamment les schémas de cohérence territoriale et les plans
locaux d’urbanisme intercommunaux,
préparer les projets d’agglomération, métropolitains et territoriaux, dans
un souci d’approche intégrée et d’harmonisation des politiques publiques,
de contribuer à diffuser l’innovation, les démarches et les outils du déve-
loppement territorial durable, la qualité paysagère et urbaine,
d’accompagner les coopérations transfrontalières et les coopérations dé-
centralisées liées aux stratégies urbaines.
Ces agences traduisent donc la volonté de coopération et continuité entre les lois relatives
à l’aménagement territorial et leur mise en application dans les collectivités. De cet
esprit de coopération découlera la création de la Fédération Nationale des Agences
172
La pluridisciplinarité dans la démarche de conception mise à l’épreuve par l’intromission
des expertises
d’Urbanisme en 1977, lieu de collaboration et de partage d’idées entre les agences.
Cependant, il est intéressant de noter que dans la définition de l’agence d’urbanisme
aucune profession n’est précisément nommée. Il apparaît tout de même qu’au vu des
tâches qui lui sont confiées, l’agence ne peut exister autrement qu’à travers une forte
interprofessionnalité.
Comme analysé dans (BENDJADOR,2007), les agences d’urbanisme sont passées d’outil
d’État à outil des collectivités avec la mise en place des lois sur la décentralisation dans
les années quatre-vingt dix. En effet, la mise en application de la décentralisation va
modifier la position des agences au regard de la planification. Auparavant médiateur entre
l’État central et les collectivités, les agences sont maintenant purement orientées vers la
collectivité. Effectivement, avec le transfert de compétence en aménagement territorial de
l’État vers les collectivités, les agences sont sous l’autorité immédiate des élus. Elles vont
alors se spécialiser aux problématiques propres à leurs territoire, comme l’élaboration
des plans d’occupations des sols, et de fait s’éloigneront de l’administration centrale. Ce
paysage politique ne fera pas l’objet d’une analyse approfondie ici. On se contentera de
noter « l’enracinement local » des agences d’urbanisme (BENDJADOR,2007). Ce qui
doit plus retenir notre attention dans le cadre de ce mémoire est la pluridisciplinarité
ancrée dans ces agences depuis leur création. Il suffit de regarder la composition de ces
agences, exposée dans (PRÉVOT et al., 2008), pour réaliser la diversité des professions
participant à la réflexion sur l’aménagement urbain; architectes (17,79 %), économistes
(16,56 %), projecteurs/techniciens (14,72 %), ingénieurs (9,82 %), sociologues (7,98
%), géographes (7,98 %), urbanistes (7,98 %), informaticiens (5,52 %), documentalistes
(3,68 %), paysagistes (0,61 %), juristes (0,61 %), divers (6,25 %).
Au regard de ces faits et chiffres, il convient de noter que les agences d’urbanisme ont été
pionnières à plusieurs égards. Tout d’abord, comme nous venons de le voir, ces structures
sont par essence pluridisciplinaires. Ensuite, elles ont été un moyen de stopper la pré-
dominance des architectes dans la planification urbaine, qui étaient vus, comme analysé
précédemment, comme les uniques « hommes de l’art » compétents en matière d’amé-
nagement urbain. Enfin, le fait que la plupart des ces agences étaient intercommunales
constitue un fait nouveau à une époque les institutions intercommunales n’existaient
pas. Les agences vont d’ailleurs être promotrices de l’intercommunalité. Cette volonté de
fédérer des équipes pluridisciplinaires locales serait une manière de contourner l’inertie
Nécessité de la complémentarité des savoirs techniques et urbanistiques 173
propre aux projets menés avec l’administration centrale (PRÉVOT et al., 2008). Ainsi, les
intercommunalités ont pu développer une véritable expertise sur leur territoire. Finale-
ment, il faut aussi souligner le fait que la LOF ne prévoyait pas de couverture géogra-
phique pour les agences d’urbanisme, ni ne leur prédestinait un quelconque rayon d’ac-
tion. De nombreuses zones du territoire métropolitain n’ont donc jamais saisi l’occasion
de mettre en place leurs agences. La figure 7.1 représente les différentes agences d’urba-
nisme présentent sur le territoire français en 2019.
FIGURE 7.1 Agences d’urbanisme en France en 2020, source : fnau.org
174
La pluridisciplinarité dans la démarche de conception mise à l’épreuve par l’intromission
des expertises
Loin de recouvrir toute la surface du territoire, l’aire couverte par les agences d’ur-
banisme représente tout de même 70% de la population 2. Cette répartition a priori
erratique, pourrait être éclairée par la carte des réseaux de Sociétés d’Économie Mixte
et de la Société Centrale d’Équipement du Territoire, comme suggéré dans (PRÉVOT
et al., 2008). Cependant, l’analyse du fonctionnement de ces agences n’est pas le sujet
traité. Il faut retenir que ces entités ont su construire une expertise territoriale, notamment
grâce à des équipes pluridisciplinaires et sans doute moins entâchées par les sociétés et
associations de professionnels analysées précédemment.
Enfin, ces structures présentées jusqu’à maintenant semblent être la marque d’un
intervientionnisme d’État toujours plus puissant, car bien que leurs statuts juridiques
soient fragiles, il faut rappeler que le texte originel de la LOF prévoyait que les agences
fussent des établissements publics à part entière, mais que les décrets le prévoyant n’ont
jamais été formalisés (BENDJADOR,2007). Ainsi, bien qu’en lien étroit avec l’État dans
un premier temps, puis avec les élus et collectivités territoriales dans un second, il existe
au sein de ces structures une certaine porosité. Cette dernière a d’ailleurs permis aux
premières structures publiques d’accueillir des acteurs privés, type Bureaux d’Études,
qui travaillaient auparavant pour le compte du Commisariat Général au Plan ou bien le
Ministère de l’Équipement par exemple. Autrement dit, cette perméabilité des nouvelles
structures a permis de « faire bénéficier l’administration du savoir-faire des bureaux
d’études », (QUERRIEN,2006).
4.2.4 Premiers constats
Cette première partie aura été l’occasion de comprendre comment l’urbanisme a été
pensé en tant que discipline depuis le siècle dernier. Il a été analysé que cette displine,
avant d’être reconnue par les textes de lois, était l’affaire de quelques professions libérales
et que sa pratique était tout sauf unifiée à l’échelle nationale. Avec les premiers textes de
lois, la formation à l’urbanisme et la spécialisation des professions ont pu voir le jour.
Ce mouvement, insufflé notamment grâce aux démarchages de certaines associations
de professionnels et de quelques haut-fonctionnaires, a permis de structurer le domaine
des études urbaines. Cette structuration s’est faite par une forte institutionnalisation des
projets d’urbanisme et la création d’entités publiques chargées de les préparer et les
faire appliquer; Groupe d’études et de programmation (GEP) relevant de la direction
2. https://www.fnau.org/fr/les-agences-durbanisme/
Nécessité de la complémentarité des savoirs techniques et urbanistiques 175
départementale de l’équipement, puis ateliers d’urbanisme, puis agences d’urbanisme
entre autres (LINOSSIER,2014).
Au départ compétence de l’État, la réalisation de grands projets urbains a entrainé
avec sa délégation aux collectivités et élus locaux une territorialisation des savoirs et
savoire-faire. La multiplication des initiatives, notamment la création d’agences d’urba-
nisme, à des échelles locales a donné lieu au foisonnement de la culture urbanistique sur
l’ensemble du territoire français. Ce développement aura en particulier été permis par des
démarches intensifiant la pluridisciplinarité dans les projets urbains et mettant en avant
une perméabilité certaine entre sphère politique et sphère technique, secteur publique et
secteur pri (LINOSSIER,2014).
Cependant, ce n’est pas parce que le projet urbain est aujourd’hui envisagé comme
pluridisciplinaire et que les entités telles les agences d’urbanisme et les bureaux d’études
représentent une diversité de professions, que la démarche de conception en urbanisme
est assez flexible pour donner sa juste place à tous les points de vues. Effectivement,
malgré un éventail toujours plus large des techniques mis à profit dans les projets, un
cloisonnement des pratiques continue d’exister.
C’est dans ce paysage hétérogène en techniques et méthodes qu’il sera tenté d’identifier
le positionnement de l’outil développé lors de ce stage. Avant d’aborder cette partie plus
spécifique, il est proposé d’étudier comment ce milieu déjà très codifié à notre époque
réagit à l’arrivée, à la fin des années 1990, d’une nouvelle notion; le développement du-
rable.
4.3 L’urbanisme confronté à l’aménagement de villes durables
La partie précédente a permis de comprendre comment les acteurs de l’urbanisme se
sont emparées de la planification. Il a été montré que la fabrique urbaine fait appel à
une multitude de professions qui ont souvent du mal à développer une véritable synergie,
notamment à cause d’une administration complexe, de statuts juridiques incertains, ou
encore d’un marché public échappant à une pure logique mercantile (LINOSSIER,2014).
Pourtant l’interprofessionnalité en matière d’aménagement va devenir de plus en plus né-
cessaire à la fin du XXeme siècle avec l’apparition de la notion de développement durable.
176
La pluridisciplinarité dans la démarche de conception mise à l’épreuve par l’intromission
des expertises
Cette partie s’attache à étudier comment les concepteurs de l’environnement urbain se sai-
sissent de cette nouvelle problématique nécessitant toujours plus d’études techniques et
théoriques, renforçant ainsi le caractère pluridisciplinaire des études urbaines.
4.3.1 Émergence d’un nouveau paradigme pour la planification urbaine
Dans ce tavail le développement durable sera considéré en tant que paradigme, au sens
épistémologique du terme, c’est à dire : Conception théorique dominante ayant cours
à une certaine époque dans une communauté scientifique donnée, qui fonde les types
d’explication envisageables, et les types de faits à découvrir dans une science donnée 3.
Si cette définition a été choisie c’est parce qu’elle fait du développement durable une
notion intervenant dans le projet urbain depuis ses fondements, jusqu’à sa mise en pra-
tique. Ainsi, la « communauté scientifique » et la « science » considérées sont les études
urbaines et les professions prenant part à son développement, chercheurs et prarticiens
compris. Ce choix n’est cependant pas le plus pragmatique car, comme analysé dans
(TRIBOUT,2015), ce terme peut posséder autant de définitions que de professions qui
s’en emparent. Effectivement, le développement durable est régulièrement repris comme
« une notion », « un concept », « une théorie » ou encore « un objet » (PINSON et al.,
2011). La définition choisie ici présente alors le mérite d’être objective et de détermi-
ner un cadre, une référence, à l’ensemble des acteurs que nous allons étudier dans la suite.
Le développement soutenable, introduit en 1987 par le rapport « Our common future »
soumis à l’Assemblée générale des Nations Unis par Madame Brundtland (présidente
de la commission mondiale sur l’environnement et le développement), est encore
régulièrement évoqué sous le nom de développement durable. Cette dénomination
est incorrecte à plusieurs égards mais ce n’est pas le sujet de ce travail. Nous nous
contenterons simplement de signaler qu’avec cette dénomination, le paradoxe d’une
croissance infinie dans un monde fini ne peut être adressé. Le développement soutenable
donc, est défini comme répondant « aux besoins présents sans compromettre les capacités
des générations futures de répondre aux leurs ». Dans sa thèse (TRIBOUT,2015), Silvère
Tribout analyse comment à partir de cette définition assez simple et très générale, les
concepteurs en urbanisme vont s’approprier et modifier ce concept, alors même qu’il ne
3. https ://www.cnrtl.fr/definition/paradigme
Nécessité de la complémentarité des savoirs techniques et urbanistiques 177
devrait être l’objet d’aucune interprétation ni subjectivité. Bien loin donc du paradigme
espéré en études urbaines, le développement durable a suscité des prises de positions
diverses et variées selon les professions (BÉAL et al., 2011). Ainsi, le premier obstacle
auquel est confronté ce que l’on pourrait appeler l’aménagement durable du territoire
est le fait que les concepteurs échouent à le voir comme un cadre, une référence. Au lieu
d’être considéré comme paradigme, le développement durable devient un vague principe
duquel sont tirées quelques leçons d’écologie, de respect de la biodiversité et de climat
urbain. Dans le pire des cas, le développement durable peut devenir une étiquette, un
argument commercial car il est vendeur (TRIBOUT,2015).
Cet écart entre la portée originelle du développement durable et ce que certains concep-
teurs en font, est réprésentatif des différences de savoirs. En effet, le rapport Brundtland
est issu d’une coopération internationale mêlant ONG, experts, scientifiques, industriels,
pour apporter une vision élargie d’un problème d’ampleur planétaire. Ainsi, ce travail
pluridisciplinaire a vocation à élargir le champ de réflexion de tout acteur désirant
se saisir des problématiques sociales, économiques et environnementales. C’est donc
tout un système de valeur qui doit être remis en question lorsque le développement
durable est pris en main par les institutions, les experts, les concepteurs, etc... Or il
s’avère qu’en matière d’études urbaines peu de concepteurs ont réellement remis en
question leur système de valeur et que bien souvent le développement durable était une
façade employée pour légitimer des travaux. Il semblerait donc qu’une fois de plus la
pluridisciplinarité impliquée par les problèmes complexes de notre époque ait fait peur
et que peu de professionnels se sont réellement emparés de la problématique ou n’ont
fait que la survoler. Cependant des initiatives de capitalisation et de mise en commun des
savoirs existent, à l’image du colloque « Le développement urbain durable saisi par les
sciences sociales », et qui affiche clairement son but; « C’est cette volonté d’échapper
aussi bien aux travers de la posture surplombante et désabusée, d’une part, et aux pièges
de l’empressement à théoriser le changement et les virtualités positives du développement
urbain durable, d’autre part, qui a guidé les concepteurs du colloque [...] » (BÉAL et al.,
2011).
Des initiatives de démarches pluridisciplinaires, à l’image du colloque précédemment
cité, se multiplient néanmoins. On peut par exemple cité la consultation sur le Grand Paris
lancée à l’initiative de Nicolas Sarkozy, alors Président de la République. Cette initiative
178
La pluridisciplinarité dans la démarche de conception mise à l’épreuve par l’intromission
des expertises
a pris la forme d’un Groupement d’Intérêt Public (GIP) en 2010, jusqu’à sa fermeture en
2017. Cet atelier était un lieu de rencontre pour professionnels désireux de partager leurs
techniques et savoirs. Ces professionnels avaient déjà pris part à la consultation sur le
Grand Paris de 2008, sous la forme d’équipes pluridisciplinaires. Ainsi, dans (MOLINA,
2012), une de ces équipes, le Groupe Descartes ayant pour mandataire l’architecte ur-
baniste Yves Lion, est citée pour la coopération qu’elle a permis entre climatologues et
urbanistes. Cette collaboration, sous forme d’atelier, a permis aux professions de s’accli-
mater les unes aux autres. Les climatologues ont été un atout pour le Groupe Descartes
car ils ont permis de le « démarquer des équipes concurrentes en affichant une solide ga-
rantie scientifique en matière climatique ». Ainsi, même si une collaboration a eu lieu il
semblerait que la recherche scientifique ne touchant pas immédiatement à l’aménagement
urbain a été une manière pour un groupe de légitimer un projet. En parallèle de ces enjeux
de légitimité, se met en place une véritable concurrence entre professions sur le marché
des études urbaines. De cette manière naissent des rivalités entre Bureaux d’Études, en-
treprises et agences, qui souhaitent rester compétitifs. Ce type de situation met en exergue
le fait que le développement durable n’est pas considéré comme paradigme mais comme
objet que chaque acteur présente sous une facette avantageuse pour son équipe/son en-
treprise/son bureau. Il sert surtout une sorte de légitimation d’un projet, bien souvent
architectural. Comme analysé dans ce qui suit, ce manque d’appropriation du développe-
ment durable semble relever d’un système de valeurs apparemment assez peu perméable
et bien ancré dans certaines professions.
4.3.2 Des systèmes de valeurs difficile à remettre en cause
Le développement durable appelle à la pluridisciplinarité, et cette pluridisciplinarité
demande à chaque profession d’accepter de se voir « interroger sur son rôle et sa fonction
en tant que chercheur et spécialiste » (TRIBOUT,2015). Dans les actes des rencontres
du Réseau activités et métiers de l’architecture et de l’urbanisme (Ramau) des 28 et
29 septembre 2000 (RAMAU,2001), Martin Symes analyse pourquoi ce changement
de paradigme a bien souvent du mal à être mis en place. En effet, dans (RAMAU,
2001), il fait la distinction entre la « science normale » et la « science révolutionnaire ».
La première est celle produisant des résultats dans un paradigme déjà mis en place.
Cependant ces résultats peuvent ne pas être acceptables au regard de l’évolution de la
société et de ses besoins. Intervient alors la nécessité de changer de paradigme pour
que la méthode scientifique permette de répondre aux besoins réels. Ce changement est
Nécessité de la complémentarité des savoirs techniques et urbanistiques 179
amené par la science révolutionnaire, celle qui veut faire changer le paradigme. Les
« scientifiques révolutionnaires » finissent par prouver aux « scientifiques normaux » en
quoi le changement de paradigme est essentiel. Cependant, Martin Symes analyse aussi
que ce type de changement, de révolution, est tout à fait normal en sciences mais moins en
architecture, qui ne regroupent pas que des techniciens et scientifiques. Ainsi il souligne
le besoin des architectes de se faire aider par des ingénieurs; « les architectes n’ont
peut-être pas assez de compétence en matière technique pour répondre sans l’appui des
ingénieurs ». Cependant, dans les projets la parole semble encore trop monopolisée par
quelques professions (DURANEL,2020), et cette parole apparaît comme représentative
de systèmes de valeurs ayant finalement peu évolués. Il est proposé, à travers (DURANEL,
2020), de continuer l’étude du rôle des architectes dans un projet d’ampleur comme celui
de l’Atelier International du Grand Paris.
Il a été vu précédemment que cet atelier était divisé en groupes qui avaient pour man-
dataires des architectes. Si ce rôle leur a été donné c’est car cette profession, de par sa
formation et son expérience, est vue comme étant la plus compétente pour synthétiser un
projet. Or, dans (DURANEL,2020), la réalité semble bien plus nuancée. Effectivement,
grâce à des entretiens menés avec un nombre important d’individus, représentant un large
éventail de professions et travaillant dans différents groupes de l’AIGP, il ressort que
le rôle de mandataire accordé aux architectes a significativement affaibli la démarche
pluridisciplinaire. (DURANEL,2020) identifie trois types d’affaiblissement. Un premier
causé par la surreprésentation de la parole de l’architecte. En effet, les architectes man-
dataires prenaient systématiquement la parole car, ceux-ci étant connus du grand public,
leur audience était assurée. Cela garantissait une visibilité aux travaux réalisés par leurs
groupes, mais il s’avère que cette situation a contrib à renforcer l’image de « chef »
des architectes alors même que d’autres professions avaient autant œuvré, voire plus sur
certaines problématiques. Le deuxième affaiblissement provient du fait que dans leur
travail de synthèse les architectes parviennent toujours à imposer leur vocabulaire lors des
restitutions. Ceci résulte de l’affrontement entre un monde technique, utilisant des mots
pour leurs définitions propres, et un monde moins technique, celui des architectes, les
mots sont employés pour les images qu’ils évoquent. Enfin, le troisième affaiblissement,
conséquence directe du deuxième, provient de la prédominance de la représentation vi-
suelle dans les restitutions. Ce type de restitutions dans lesquelles l’image porte le projet,
est propre à l’architecture et à l’urbanisme. Ces productions visuelles, « démontrent la ca-
180
La pluridisciplinarité dans la démarche de conception mise à l’épreuve par l’intromission
des expertises
pacité [de ceux qui les produisent] à être dans l’action » (DURANEL,2020). Néanmoins,
cette posture continue d’occulter le travail de ceux qui ne sont ni urbanistes, ni architectes.
À la lumière de ce qui vient d’être analysé, il apparaît que les acteurs de l’aménagement
urbain échouent constamment à s’approprier le développement durable en tant que
paradigme. En effet, en plus des conflits entre corps de métier qui existaient déjà dans les
études urbaines, viennent s’ajouter des systèmes de valeurs rigides et peu perméables.
Cette faible propension à la collaboration semble avant tout émaner des métiers de
l’urbanisme. Ainsi, dans (RAMAU,2001), Martin Symes souligne l’utilité des guides
techniques conçus par les ingénieurs et à l’attention des architectes et urbanistes. Ces
guides permettent de réduire les choix en matière de conception en se basant sur des
critères environnementaux élaborés par des scientifiques. De cette façon les décisions
architecturales, qui avant pouvaient essentiellement relevées du goût des architectes
et concepteurs, sont fortement influencées. Symes cite les guides mis en place par le
Building Research Establishment, l’équivalent au Royaume-Uni du Centre Scientifique
et Technique du Bâtiment (CSTB). Ces guides concernent la conception, Energy Assess-
ment Method (Bream), les émissions en CO2, Green Guide to Specification, ou encore la
consommation énergétique, Environmental Design Guide.
Finalement, il a été vu comment l’arrivée d’un nouveau paradigme, le développement
durable, peut être problématique à différents niveaux. Tout d’abord au niveau de l’ap-
propriation du sujet. Il a été analysé comment le développement durable souffre d’une
subjectivité qui n’a pas lieu d’être. Alors que celui-ci devrait-être envisagé comme un
cadre commun à toutes les professions des études urbaines, une référence, chaque profes-
sion semble se l’approprier avec sa propre définition et son système de valeurs. Ensuite,
au niveau du développement du projet. En effet, comme chaque profession possède sa
propre vision du développement durable, cela accentue le cloisonnement auparavant ob-
servé entre les professions. La multiplicité des définitions qui se retrouvent parmi les
acteurs de l’aménagement rend la démarche pluridisciplinaire encore plus difficile. Enfin,
il a été vu comment lors d’un projet un certain type de parole garde une prédominance
sur les autres. Cette hiérarchie découle de systèmes de valeurs rigides et peu perméables,
propres à des professions n’acceptant que faiblement d’avoir leurs habitudes remises en
question.
Toutes ces observations mènent à conclure que la démarche pluridisciplinaire telle qu’elle
Nécessité de la complémentarité des savoirs techniques et urbanistiques 181
existe aujourd’hui freine les projets d’aménagement durable. La question est alors de sa-
voir s’il est possible de trouver une stratégie permettant une meilleure collaboration.
4.3.3 L’exemple de la démarche EMC2B au sein AREP
Ce qui ressort des parties précédentes est que le développement durable ne peut être en
tant que tel une stratégie, au mieux il peut être utilisé comme méthodologie (RAMAU,
2001). Les ingénieurs et chercheurs ont su se saisir de cette problématique et ont alors
élaboré des guides de performance environnementale à l’attention des concepteurs,
comme par exemple le Bream du Building Research Establishment au Royaume-Uni, ou
avec le Centre Scientifique et Technique du Bâtiment en France, CSTB. Des initiatives
méthodologiques sont également menées dans certaines entreprises, à l’image de la
démarche énergie, matière, climat, carbone et biodiversité (EMC2B) mise en place à
partir de 2018 à AREP.
EMC2B est donc l’acronyme des cing enjeux identifiés par AREP en matière d’empreinte
environnementale des projets que la société réalise. Lorsqu’un projet est étudié au sein
d’AREP, celui-ci se doit d’être évalué selon ces cinq enjeux. Le but est d’obtenir à la fin
un projet répondant de manière optimale aux cinq enjeux. Ces évaluations sont menées
par l’ensemble des acteurs prenant part au projet. Il s’agit donc d’une démarche que
l’on nommerait « transversale » dans le sens toutes les professions sont amenées
à se poser les mêmes questions, et repondent à un but commun; limiter l’empreinte
environnementale du projet. Il s’agit donc d’une démarche d’éco-conception. Cette
réflexion, à laquelle prennent part les entités d’AREP, est également un moyen de faire
monter en compétence les employés sur des problématiques liées au développement
durable. Cette montée en compétence se fait à l’aide d’outils. Par exemple, un outil de
calcul des émissions de CO2 d’un projet a été développé. L’outil a permis aux personnes
impliquées dans sa production et son utilisation de s’approprier un thème important de
volet environnemental du développement durable ; les émissions de C02.
La mise en place d’une référence commune à des équipes travaillant sur un même projet
peut être une manière d’encourager la démarche pluridisciplinaire, mais également de
définir un cadre bien précis pour éviter les écarts d’interprétation de la notion qu’est
le développement durable. Cependant, cet exemple interroge pour plusieurs raisons. La
182
La pluridisciplinarité dans la démarche de conception mise à l’épreuve par l’intromission
des expertises
première concerne le contenu. Effectivement, comme décrit précédemment EMC2B
ne représente qu’un seul et unique volet du développement durable. Il s’agit du volet
environnemental. Ainsi, cette démarche ne peut suffire à elle seule à donner une définition
complète du développement durable. Elle échoue donc à imposer le développement
durable comme paradigme aux équipes impliquées dans un projet. La deuxième question
qu’il est légitime de se poser concerne le but d’une telle démarche. Il est en effet néces-
saire de voir quels sont les effets de la démarche sur la réalisation concrète des projets.
C’est à dire, si une telle démarche peut faciliter le passage à la phase opérationnelle
d’un projet. Dans (HERGOTT,2021), la direction environnement numérique d’AREP
informe que EMC2B a par exemple permis, en demandant à une des équipes spécialisées
en modélisation, L’hypercube, de mieux prévoir les effets des canicules plus fréquentes
et plus longues sur un bâtiment en projet. Les résultats des modélisations ont permis
de déterminer que l’édifice nécessiterait plus d’occultations pour mitiger les effets des
canicules. Il s’agit maintenant de savoir si lors de la construction des critères seront fixés
pour respecter la démarche EMC2B. Y aura-t-il une obligation d’utiliser un certain taux
de matériaux bio-sourcés? Lors de la construction, quelle superficie d’espaces naturels
seront sacrifiés? En ce qui concerne le volet social, non abordé par la démarche EMC2B,
il serait légitime de se demander si les entreprises réalisant les travaux auront l’obligation
d’embaucher un certain nombre de travailleurs en résinsertion sociale. Ces quelques
questions concernant la phase opérationnelle du projet semblent difficilement abordables
avec la démarche EMC2B. Pourtant elles sont essentielles pour qu’une démarche qui
se veut repsectueuse des principes du développement durable puisse effectivement
l’être d’un bout à l’autre d’un projet. Autrement dit, une telle démarche ne semble pas
permettre d’aborder la finalité d’un projet.
Finalement, il est également intéressant de souligner le fait que la stratégie EMC2B, du
fait de son application, peut entrainer une standardisation des réponses apportées par les
concepteurs. En effet, en fixant « une manière de faire », le risque est de voir une démarche
générale s’appliquer à tous les projets, alors que le développement durable appelle jus-
tement à adapter les réponses en fonction des projets. Le risque est alors d’oublier les
spécificités du projet dans la réflexion quant à sa durabilité. Cette position des concep-
teurs vis à vis du développement durable semble être observée à une plus grande échelle,
comme analysée dans (TRIBOUT,2015).
Nécessité de la complémentarité des savoirs techniques et urbanistiques 183
4.3.4 La recherche appliquée au service de la conception
Quelques entretiens ont été menés avec les membres du bureau d’étude en recherche ap-
pliquée, permanents et stagiaires, dans lequel j’ai effectué mon stage, L’hypercube. Ce
bureau, à l’image de l’entreprise AREP, est pluridisicplinaire. Il regroupe un petit nombre
d’ingenieurs, doctorants et architectes-ingénieurs. Ces entretiens avaient pour but de com-
prendre comment les employés voient leur travail à travers le prisme de la démarche plu-
ridisciplinaire. La fiche ayant servi à diriger les entretiens est visible en annexe de ce
mémoire. Lors de la restitution de leurs propos, un code avec des prénoms est utilisé. Les
faux prénoms ont leurs initiales correspondant aux initiales des métiers. Ainsi;
un prénom commençant par S- correspond à un ou une stagiaire;
un prénom composé du type Alice-Ingrid correspond à un ou une architete-
ingénieur;
un prénom composé du type Ingmar-Carl correspond à un ou une ingénieur-
chercheur.
Tout d’abord en ce qui concerne la démarche EMC2B, il apparaît que tous les individus
interrogés ont connaissance des objectifs qu’elle représente. Alice-Ingrid est d’ailleurs
référente climat de la démarche EMC2B au sein d’AREP. Ce rôle correspond à 10%
de son temps de charge. Il consiste à faire de la veille scientifique, créer des contenus
techniques de type article ou vidéos, et de « piloter des projets EMC2B ». Étant donné
que L’hypercube est la cellule modélisation et recherche d’AREP, il s’avère que c’est
souvent vers ce bureau qu’AREP se tourne pour répondre aux questions attenantes à la
démarche EMC2B. Effectivement, L’hypercube est spécialisé en thermique du bâtiment,
confort thermique et aéraulique. Ainsi, c’est grâce aux modèles développés et aux
simulations effectuées qu’il est possible d’étudier des variantes d’un projet, et d’évaluer
laquelle serait la plus vertueuse au regard de la démarche EMC2B. Il s’agit donc pour
L’hypercube d’offrir une expertise aux autres entités d’AREP. Cette position d’expert
semble être bien exploitée mais peu mise à profit lors de collaborations. Comme souligné
par Ingmar-Carlson « les vraies synergies sont rares, il s’agit plus souvent de travail
commun, le travail de l’un sert de donnée d’entrée au suivant ». Ce dernier souligne
également, et déplore, le fait que trop souvent les experts sont convoqués après coup pour
justifier ou « apppuyer un point de vue, celui du concepteur, plutôt que de le développer
avec lui ». Un autre employé, Ivan-Cambridge, insiste sur le fait qu’il est « sollicité quand
le projet est quasi construit. Au lieu de proposer des solutions de fond, on se contente de
184
La pluridisciplinarité dans la démarche de conception mise à l’épreuve par l’intromission
des expertises
faire des préconisations « palliatives » ». Pour André-Igor, il y a une impression d’être
« un fournisseur de chiffres ». De plus, pour Ingmar-Carlson et André-Igor, même lorsque
les experts sont consultés assez tôt dans un projet, l’organisation hiérarchique souvent
verticale ne permet pas une bonne collaboration. Ainsi André-Igor souligne que cette
organisation implique « une communication montante/ascendante » qui ne permet pas
aux experts d’être impliqués, ou s’ils le sont « ne sont pas écoutés ».
Lors de son stage, Stéphanie a été amenée à collaborer avec trois entités différentes
d’AREP; SIG, voiries et réseaux divers (VRD), ainsi que l’environnement. Elle souligne
les différences de visions du projet entre les entités. Ainsi les services SIG et envi-
ronnement étaient capables de formuler des avis techniques et des demandes quant au
développement de l’outil développé pendant le stage de Stéphanie. Alors que le service
VRD, plus proche des maîtres d’ouvrages, voulait immédiatement la finalité de l’outil
et ne s’intéressait que peu à la démarche de recherche. « Ils souhaitaient avoir un outil
de discussion avec des concluions claires. Il y avait une dichotomie entre recherche et
pratique de terrain. ». De plus, il est intéressant de noter que Stéphanie souligne que
« nos objectifs et nos formations étaient très similaires, il y a donc bien eu une synergie
entre nous lors des réunions ». Les similitudes en formations, desquelles découlent des
habitudes de travail apparaissent inévitablement comme catalyseurs des échanges inter-
professionnels. Les collaborations évoquées avec les employés de L’hypercube montrent
deux mondes parallèles. Effectivement, le fait que des équipes travaillent sur le même
sujet ne les empêchent pas d’avoir des objectifs différents. Ainsi, alors que certaines sont
orientées vers la recherche et ont une démarche scientifique, d’autres pensent d’abord
à l’opérabilité avant d’imaginer une démarche. Au lieu de voir ces positions comme
antagonistes, il pourrait être constructif de les voir comme complémentaires. En effet,
si ces mondes sont parallèles ils peuvent très bien avancer ensemble. Ainsi, comme
le souligne Ingmar-Carlson, il serait judicieux que « Dès les premières phases les «
spécialistes » soient intégrés dans la conception, plutôt que de se retrouver à faire du «
palliatif après-coup » ». De même, Ivan-Cambridge souligne qu’ « au lieu de proposer
des solutions de fond, on se contente de faire des préconisations « palliatives ». » Il est
intéressant de noter que le terme « palliatif » est utilisé par différentes personnes pour
décrire leur travail. Cela signifie que le manque de communication lors de projet amène
certaines personnes à voir leur travail comme une réponse incomplète et provisoire aux
problèmes posés. Cette dépréciation existe chez toutes les personnes interrogées.
Nécessité de la complémentarité des savoirs techniques et urbanistiques 185
Le fait que la démarche pluridisciplinaire se réduise à une légitimation d’un projet
fini par un travail d’expertise scientifique, entraine donc l’impression d’un manque de
considération chez les experts. Cette situation peut également entrainer une dépréciation
de l’expertise par d’autres employés, non mobilisés sur le projet en question et non
experts. Ainsi, lors d’une rencontre informelle avec un collègue, celui-ci évoque la lecture
qu’a fait un des ses collègues urbaniste-géographe (nommé Ursule-George dans la suite)
d’une réponse à appel d’offre. Celle-ci concernait l’aménagement en mobilier urbain d’un
quartier se tiendront les jeux olympiques 2024. Le but était l’aménagement de la place
principale, qui avait déjà été conçue. Il a été demandé à L’hypercube d’abord d’étudier
le climat urbain de cette place, puis de proposer en conséquence un mobilier assurant
le confort au vent et thermique. La place étudiée étant très minérale, il apparaissait
évident que le mobilier urbain devait allier ombrage et végétation. C’est donc ce qui a
été proposé. À la lecture de la réponse à appel d’offre, Ursule-George a donc conclu
que « L’hypercube est pour montrer avec des simulations compliquées qu’il fait frais
quand il y a de l’ombre, du vent et de la végétation ». Autrement dit, le travail d’expertise
n’avait pas été considéré à sa juste valeur car il a été utilisé pour démontrer du bon sens.
Ce projet pourrait être considéré comme l’archétype d’une démarche pluridisciplinaire
non fructueuse. D’une part car les experts ont été utilisés ponctuellement sans possibilité
de remise en question du projet. D’autre part car la production finale a entrainé une
véritable dépréciation du travail d’expertise.
Finalement ces entretiens révèlent les problématiques identifiées dans les parties précé-
dentes de ce mémoire. Tout d’abord en ce qui concerne la démarche pluridisciplinaire, il
apparaît que la notion de complémentarité des savoirs semble très floue pour les concep-
teurs. Trop souvent encore, l’expert est simplement consulté, au lieu de lui donner une
place à part entière sur l’ensemble d’un projet. Les hierarchies verticales semblent peu
pertinentes pour encadrer de telles démarches. En effet, ce type de hiérarchie impliquent
une « communication montante/ascendante » pour reprendre l’expression d’un expert. Et
ce type de communication implique un travail de synthèse des productions à chaque étape
de la chaîne de communication, entraînant bien souvent une perte d’informations. Il est
intéressant de noter que pour l’ensemble des personnes interrogées, ce ne sont pas les ou-
tils qui manquent pour développer le travail pluridisciplinaire. En effet comme souligné
par André-Igor « les outils nous les avons, il manque surtout de la communiation entre
186
La pluridisciplinarité dans la démarche de conception mise à l’épreuve par l’intromission
des expertises
les urba et les experts (ce qui est une forme d’outil ..). Les experts doivent être impliqués
dans le processus de conception, cela devrait s’ancrer dans la culture ». Enuite en ce qui
concerne le développement durable, il apparaît très clairement que son appropriation en
tant que paradigme n’est pas acquise. Elle tente néanmoins de définir un cadre mais qui
n’est pas nécessairement respecté. Comme indiqué par Ivan-Cambridge « , la stratégie
EMC2B est conditionnée au bon vouloir du client s’il décide de réaliser telle ou telle
étude en lien avec le sujet. Ce n’est pas toujours le cas ». Le caractère « optionnel » de
cette démarche en fait finalement une étiquette, relayant une fois de plus le développe-
ment durable à un argument de vente. Enfin, ce qui ressort des entretiens est qu’il existe
bel et bien une importante porosité entre les différents domaines d’études. Bien que celle-
ci ne soit pas nécessairement bien exploitée par les concepteurs, comme analysé dans la
partie précédente, elle laisse entrevoir un espoir pour la démarche de conception pluridis-
ciplinaire au service du développement durable.
4.4 Des outils au service de la pluridisciplinarité?
Pour clore ce mémoire, il convient de s’interroger sur le travail effectué lors du stage
à la lumière des analyses qui précèdent. Le « thème » de ce stage était le phénomène
d’îlot de chaleur urbain. Le climat des villes, au fur et à mesure que la recherche avance,
est de mieux en mieux compris et sa modélisation devient de plus en plus précise. Les
concepteurs doivent donc s’approprier cette problématique, dans le meilleur des cas avec
les clés de compréhension apportées par le développement durable. La modélisation et la
simulation ne sont pas des tâches aisées et relèvent d’une expertise en mathématiques,
physiques et outils numériques. Ainsi, bien que la littérature scientifique à ce sujet
soit foisonnante, elle n’est pas nécessairement à la portée de tout le monde. Il devient
donc nécessaire, et urgent, de mettre en place des outils simples à prendre en main et
produisant des résultats facilement exploitables. Le but étant que le plus grand nombre
d’acteurs impliqués dans l’aménagement urbain puisse comprendre ce phénomène et
qu’architectes, ingénieurs et maîtres d’ouvrages aient une base de discussion commune.
4.4.1 Score ICU d’E6 Consulting
Le cabinet E6 Consulting est un cabinet de conseil en projets urbains et a pour but d’ac-
compagner les entreprises et collectivités dans la transition énergétique. Conscient de
Nécessité de la complémentarité des savoirs techniques et urbanistiques 187
l’enjeu que représente la mitigation du phénomène d’îlot de chaleur urbain (ICU), il a
décidé de développer un outil, Score ICU. Cet outil a été pensé pour aborder simplement
l’ICU lors de l’accompagnement de collectivités dans la réalisation de « projets macro et
micro » 4. Il permet de comparer des variantes de projets entre elles, ainsi qu’une situation
existante avec une situation projet. Les résultats produits doivent être une base de discus-
sion entre ingénieurs, architectes et maître d’ouvrage. Les résultats se présentent sous la
forme d’une carte avec un code couleur. Elle permet de visualiser les zones qui auront
tendance à se réchauffer plus facilement. Aucune simulation thermique n’est nécessaire.
Ainsi, les résultats sont produits à partir;
d’une classification de matériaux établie grâce à des critères empiriques obtenus par
photographies thermiques;
la forme urbaine et les ombres projetées qu’elle implique à 14H, 15H, 16H.
Aucune donnée météorologique n’est prise en compte. Cela constitue la force et la fai-
blesse de l’outil. C’est une force car l’absence de données météorologiques implique
qu’aucune simulation n’est requise, cela rend l’outil également accessible à tous. C’est
une faiblesse car le Score ICU ne fait aucune distinction entre les climats. Il est tout à fait
probable, même certain, que pour une forme urbaine donnée, le phénomène d’ICU n’aura
pas le même effet en climat aride qu’en climat tempéré. La figure 7.2 présente un type de
résultats fournis par Score ICU :
4. http://www.e6-consulting.fr/ilots-de-chaleur-urbains-outil-score-icu/
188
La pluridisciplinarité dans la démarche de conception mise à l’épreuve par l’intromission
des expertises
FIGURE 7.2 Exemple de résultats fournis par Score ICU, à gauche une situation exis-
tante (score de 0.764), à droite une situation projet (score de 0.693)
Les limites de cet outil sont multiples. Dans un premier temps il est important de souli-
gner que l’outil ne traduit aucun phénomène physique, le piégeage radiatif, les facteurs de
forme, le climat local, les flux de chaleur anthropique ainsi que l’évapotranspiration des
plantes ne sont pas pris en compte. Malgré ces lacunes, il est pertinent de noter que depuis
sa création en 2017, l’outil est de plus en plus plébiscité. Ainsi, d’importantes communes
comme celles de Bordeaux et Niort ont utilisé Score ICU. D’une part les résultats produits
par cet outil sont simples à interpréter et rapides à obtenir. D’autre part l’outil ne traduit
aucun phénomène physique, ce qui est, pour un outil traitant de l’ICU, pour le moins
questionnant. Le fait que simplicité et rapidité priment sur rigueur scientifique traduit
l’urgence dans laquelle se situent les concepteurs. Cependant, même E6 Consulting
affirme que « l’outil n’a pas la prétention de se substituer à des modélisations du phéno-
mène mais il permet de manière simple et rapide, de prendre en compte le phénomène
en comparant le profil ilot de chaleur d’une place, d’une rue, d’un ilot, ou d’un territoire ».
Bien que l’outil ne prétend pas se substituer à des modélisations, son utilisation peut
apparaître comme une substitution à une expertise. En effet, la simplicité d’utilisation de
Nécessité de la complémentarité des savoirs techniques et urbanistiques 189
cet outil doit être mis en regard de la démarche pluridisciplinaire en conception analysée
dans ce travail. Il a été souligné à quel point la démarche pluridisciplinaire peut être
longue et laborieuse. Cet outil peut donc sembler être une aubaine pour ceux qui avant
faisaient appel à des experts avec lesquels la collaboration ne portait pas toujours ses
fruits. De plus la rapidité d’obtention de résultats donne l’impression de ne pas perdre de
temps à démontrer du bon sens. Sur la figure 7.2, il apparaît que l’ajout de végétation sur
la place a fait baisser le score ICU. Néanmoins, dans ce cas il n’a pas fallu utiliser de
« simulations compliquées », pour reprendre les termes d’Ursule-George rapportés plus
haut, afin de démontrer le bon-sens. Ce qui est rassurant est donc de ne pas avoir perdu
de temps à démontrer du bon sens.
Finalement, il apparaît que l’outil d’E6 Consulting, grâce à sa simplicité et sa rapidité
d’utilisation, permet l’obtention d’une base de discussion commune entre acteurs de la
conception. Néanmoins, les cas d’applications de cet outil montrent qu’il sert à faire du
« palliatif après-coup », pour reprendre les termes d’Ingmar-Carlson. C’est donc un outil
qui aide à « améliorer » des paysages urbains déjà présents. Il est donc légitime de se
demander s’il est possible d’imaginer un outil qui soit aussi simple d’utilisation, mais qui
ne mette pas de côté les experts et qui ait des fondements scientifiques plus rigoureux.
4.4.2 L’outil développé pendant le stage
Si une échelle de simplicité d’utilisation était construite, allant de 0 à 5 (5 étant le plus
simple à utiliser), Score ICU aurait 5 et l’outil développé pendant ce stage obtiendrait la
note de 0. Effectivement, les bases mathématiques et physiques utilisées pour développer
l’outil sont bien plus complexes à comprendre que la classification de matériaux selon
leurs propriétés physiques utilisée pour Score ICU. Ensuite, l’outil a été entièrement
développé grâce à un language de programmation qui n’est que très peu, voire pas du
tout, utilisé par les professions issues de formations non-ingénieures. Ainsi, si l’outil
était destiné à être pris en main par des « non-experts », il y aurait tout un travail de
formation à effectuer. Cependant, cela demande du temps, chose qui est déjà rare pour
les concepteurs.
De plus, si cet outil ne devait être utilisé que par les experts, sa mise en application
prendrait également du temps. En effet, étant donné que l’outil a pour ambition d’être le
plus précis possible en matière de modélisation thermique de l’espace urbain, il fait appel
à des simulations complètes. Ainsi, même si les experts maîtrisaient parfaitement l’outil,
190
La pluridisciplinarité dans la démarche de conception mise à l’épreuve par l’intromission
des expertises
il resterait un temps incompressible de simulation.
Cependant, il faut noter que le travail effectué pendant ce stage n’avait pas vocation à
être exploité par des employés externes à L’hypercube. Le problème soulevé ici est que
si jamais des personnes externes à L’hypercube voulaient s’approprier l’outil, cela ne
serait pas possible en l’état actuel des choses. Or cela pourrait être intéressant puisqu’il
a été montré que les concepteurs s’emparent de plus en plus des problématiques liées
au phénomène d’ICU. L’outil pourrait éventuellement être simplifié pour qu’il soit pris
en main par une diversité d’acteurs. Cette simplification nécessiterait évidemment un
temps de travail conséquent. De plus, elle devrait se réaliser avec des employés externes
à L’hypercube pour que des objectifs soient clairement définis.
Une question émerge à la fin de ce stage; aurait-il été utile de joindre d’autres professions
(architectes, géographes...) à une réflexion sur cet outil dès le début?
Fondamentalement, non. En effet, comme précisé plus haut et comme il est observable au
début de ce document, l’essentiel du développement de l’outil repose sur des théorèmes
physiques et mathématiques qui ne se prêtent pas à la discussion. De plus, l’outil a été
programmé dans un language bien précis qui, s’il n’est pas maîtrisé par l’interlocuteur,
ne peut donner lieu à des réflexions constructives. Cependant, si la finalité de l’outil avait
été d’être exploité par d’autres département d’AREP, il aurait été intéressant d’inclure ces
départements à différents stades de la réflexion. En effet, si la finalité était une diffusion
plus large au niveau de l’entreprise, la définition des objectifs et d’un cahier des charges
aurait pu être utile lors du développement de l’outil. Encore une fois, sur le fond et les
bases méthodologiques, la collaboration n’aurait pas aidé. Finalement, la développement
d’un outil moins précis, faisant appel à moins de mathématiques et de physiques pourrait
être l’occasion d’une riche collaboration. C’est l’exemple qui est étudié dans la partie
finale de ce travail.
4.4.3 « L’entre-deux »
Un autre stage avait cours pendant que j’effectuais le miens. Les experts d’AREP formés
à l’utilisation de Score ICU et conscients de ses limites ont voulu développer leur propre
outil. Cet outil devait être plus précis que Score ICU d’E6 Consulting, et en même temps
plus simple d’utilisation que celui présenté au début de ce document. Les départements
Voiries et Réseaux Divers (VRD), Environnement et Système d’Information Géogra-
phique (SIG) ont été impliqués dans le développement de cet outil. Ils ont notamment
Nécessité de la complémentarité des savoirs techniques et urbanistiques 191
été consulté pour définir leurs besoins ainsi pour que comprendre quelles étaient leurs
attentes.
Pour être plus précis que Score ICU, l’outil développé prend en compte la typologie
urbaine ainsi que le climat local. Un travail important de re-classification des matériaux,
basé sur des critères issus de simulations thermiques dynamiques (donc non essentielle-
ment empiriques), a également été mené. L’outil s’exploitait finalement sur le logiciel
QGIS, déjà largement utilisé par d’autres entités d’AREP. Son utilisation s’en voit donc
immédiatement simplifiée. Lors des réunions avec les différents départements, chacun
a soule des interrogations propres à son fonctionnement. Ainsi le département SIG
s’inquiétait avant tout de la facilité d’utilisation de l’outil et de son appropriation par
ses agents. Le département VRD, plus proche des MOA, s’interrogeait sur l’utilité d’un
tel outil lorsque Score ICU existe déjà. Bien que des réticences aient été exprimées,
l’ensemble des départements a participé à l’élaboration de l’outil dans la mesure
chacun a réussi à définir ses objectifs. Ces objectifs ont été l’équivalent d’un cahier
des charges qui a permis le développement de l’outil. La démarche développée lors de
l’élaboration de l’outil semble donc avoir conduit à une collaboration constructive entre
les différentes professions. Néanmoins, il est intéressant de souligner que la collaboration
s’est essentiellement effectuée autour de l’exploitation de l’outil et de ses résultats,
mais peu autour des fondements scientifiques. Ainsi, peu de discussions ont porté sur la
pertinence de tel ou tel modèle pour évaluer l’effet d’ICU ou encore sur la pertinence de
l’absence de données météorologiques. Ces réflexions étaient effectivement laissées à
l’appréciation des experts.
4.4.4 Conclusions
Les trois exemples d’outils permettant l’analyse du phénomène d’ICU présentés précé-
demment dévoilent trois manières d’envisager la pluridisciplinarité en urbanisme. Ces
outils concernent un phénomène physique, nécessitant une certaine culture scientifique
pour être bien compris. Ainsi, le but de tels outils est qu’en l’absence de bagage scien-
tifique, un individu puisse appréhender le phénomène d’ICU et qu’il comprenne quelles
réponses sa profession peut apporter pour en mitiger les effets. Les outils doivent donc ap-
porter des clefs de compréhension à divers acteurs aux rôles différents. Le premier outil,
aux fondements scientifiques très fragiles, a le mérite de fournir des résultats facilement
192
La pluridisciplinarité dans la démarche de conception mise à l’épreuve par l’intromission
des expertises
exploitables. Ceux-ci servent de base aux discussions préliminaires d’un projet. En s’ins-
crivant au début du projet, l’outil permet donc de s’assurer que tous les acteurs partent
avec la même compréhension des enjeux. L’inconvénient est qu’il ne permet peut-être pas
aux acteurs de comprendre le fonctionnement du phénomène d’ICU. Enfin, il faut souli-
gner que cet outil est un produit proposé par un cabinet de conseil. Ainsi, les concepteurs
qui l’acquièrent n’ont aucune influence sur son fonctionnement. Il est envisageable que
cette rigidité puisse freiner certains concepteurs qui ont déjà une expérience en la matière
et désireraient un outil plus maléable, pour le faire correspondre avec les démarches déjà
acquises. Néanmoins, pour des concepteurs novices sur le sujet de l’ICU, cette rigidité
rime avec facilité d’appropriation.
Le dernier outil, évolution du premier, cherche a être plus rigoureux sur les principes
scientifiques permettant la compréhension du climat urbain. Tout comme l’outil d’E6
Consulting, il livre des résultats facilement exploitables. De même, il est destiné à etre
utilisé en amont d’un projet pour fournir des bases de compréhension du phénomènes
d’ICU aux concepteurs. Cependant, il diffère de par sa conception. Effectivement, comme
présenté précédemment, l’outil a été développé en interne par AREP. Ce développement
a permis de « fabriquer » quelque chose correspondant au mieux aux besoins d’AREP.
De plus il a également permis de faire collaborer, pendant la création, différents bureaux
d’AREP. L’outil ne suscite pas seulement la collaboration pluridisciplinaire grâce à ses
résultats, mais il est également le fruit d’une démarche pluridisciplinaire. Il faut espérer
que ce type de démarche de conception, qui ne relève pas uniquement de l’urbanisme,
a permis aux différents acteurs d’AREP d’abord de s’approprier la notion d’ICU, puis
d’apprécier la collaboration qui a permis de cosntruire un outil qui sera utilisé par tout le
monde.
L’outil développé pendant le stage fait figure d’ovni au regard du peu de collaboration
que sa conception a suscitée. Effectivement, il a été analysé que l’expertise scientifique
qu’il nécessitait ne le rendait pas propice à une collaboration. Néanmoins, tout comme le
dernier outil, il a été développé en interne et présente donc les mêmes avantages sur ce
point. Enfin, il faut souligner que le point commun à tous ces outils est que leur résultats
ont pour but de provoquer un débat plurdisciplinaire en amont d’un projet.
4.4.5 Prolongements scientifiques
Il est important de noter que l’apport dans la démarche de conception d’un ensemble non
négligeable d’acteurs n’a pas été analysé dans ce travail. Il s’agit des citoyens.
Conclusion 193
En effet, en matière de politiques publiques et surtout dans une démocratie, les « savoirs
citoyens » comptent pour une part importante des savoirs mobilisés. S’il a été montré
comment l’arrivée de nouveaux experts et la considération de nouvelles professions dans
le champ de l’urbanisme ont bouleversé la manière d’aménager, il s’avère que les citoyens
ont aussi le pouvoir de modifier les réflexions. Les habitants détiennent effectivement des
savoirs d’usage qui ne peuvent qu’enrichir les discussions autour des projets qui modifient
leur cadre de vie. Cependant, comme analysé dans (NEZ,2012), les habitants n’apportent
pas que des savoirs d’usages. Effectivement, en s’organisant en associations ou en comités
de quartiers, les citoyens peuvent également mobiliser des expertises techniques ainsi que
des savoirs militants. Ces contributions sont cadrées par les acteurs politico-institutionnels
de l’aménagement mais elles permettent néanmoins aux habitants de participer, au lieu
de subir ou d’accepter. Dans (TOZZI,2015) est même analysé comment de nouveaux
types de gouvernances de quartiers peuvent émerger suite à la mobilisation de « savoirs
citoyens ». Finalement il s’avère que cette démocratisation reste rare car des inégalités
sociales dans l’accès aux dispositifs et dans les potentiels de participation des habitants
subsistent (NEZ,2012).
A la lumière de ces lectures il paraîtraît fort intéressant d’analyser comment les acteurs
« traditionnels » de la fabrique urbaine réagissent à ses savoirs. Au vu de la difficulté
d’intégration de nouvelles pratiques issues de sciences non nécessairement « urbaines »,
il serait également important de comprendre si des hiérarchies entre systèmes de valeurs
voient le jour. C’est à dire si la considération accordée aux savoirs diffère en fonction de
leurs origines.
5 Conclusion
Dans un premier temps, le développement d’un outil de calcul de facteurs de forme et
de modélisation du phénomène d’îlot de chaleur urbain a été présenté. Cet outil a per-
mis d’améliorer la précision des simulations opérées par L’hypercube et avait donc des
applications concrètes. Au vu de la littérature existante sur le sujet, il semblerait que la
méthode employée et présentée dans le premier chapitre n’avait jamais été implémentée.
Le développement de l’outil constitue donc une nouveauté. Au delà de la précision sup-
plémentaire apportée par cet outil, il apparaît que celui-ci permet de mieux rendre compte
des interactions entre bâtiments, et entre les bâtiments et leur environnement. Néanmoins,
son utilisation rallonge considérablement les temps de calcul lors des simulations. Il est
194
La pluridisciplinarité dans la démarche de conception mise à l’épreuve par l’intromission
des expertises
donc nécessaire de faire des compromis, comme par exemple ne pas employer l’outil pour
l’obtention des températures radiatives moyennes, mais l’utiliser pour acquérir les tempé-
ratures de surfaces.
Conscient de la difficulté inhérente à l’appréhension des théories mathématiques et phy-
siques utilisées pour développer l’outil, il a été proposé d’étudier le lien qui existait entre
ce type « expertise » et la démarche de conception. Effectivement, bien que ce travail pa-
raissent très, voire « trop », technique et éloigné de l’urbanisme, il n’en est rien. L’analyse
proposée a donc permis de comprendre comment la démarche de conception a évolué.
Au départ chasse gardée de quelques professions libérales, elle s’est vu appropriée par
un ensemble d’acteurs politico-institutionnels. L’implication de nouveaux acteurs a alors
permis d’élargir le champ des expertises employées pour la planification notamment. Des
conflits ont vu le jour entre des acteurs représentant la volonté de l’État de maîtriser le
développement et l’aménagement de son territoire, et des acteurs souhaitant développer
des identités et des savoirs localisés.
Cette diversité de point de vue a entrainé des initiatives fédératrices qui ont favorisé la col-
laboration de différents corps de métiers dans l’aménagement des villes. Les démarches
de conceptions pluridisicplinaires se sont multipliées et institutionnalisées en parallèle des
lois de décentralisation. Ces expériences ont donné naissance à des savoirs territorialisés,
émanant aussi bien de sciences humaines et sociales que de sciences fondamentales.
Cependant, bien que l’ensemble des acteurs se dit prêt à collaborer, tous semblent être
soumis à des systèmes de valeurs rigide. Ainsi, même si dans les faits les démarches
pluridisciplinaires sont devenues une habitude, les fondements idéologiques de certaines
professions sont rarement bousculés. Alors qu’en sciences fondamentales le consensus est
la règle et la remise en question des savoirs son application, peu de concepteurs semblent
être prêts à voir leur méthodologie questionnée.
L’impression est que la pluridisciplinarité est devenue la norme. Les concepteurs af-
fichent fièrement la diversité des profils élaborant les projets; économistes, architectes,
ingénieurs, climatologues. La pluridisciplinarité semble alors légitimer les projets et les
rendre de facto innovants. Or les applications et projets analysés précédemment montrent
que la pluridisciplinarité peut très bien servir de façade à des processus traditionnels. Ce-
pendant les enjeux environnementaux, sociaux et économiques contemporains obligent
à faire un travail de fond. L’aménagement durable ne peut plus être une étiquette affi-
chée pour vendre un projet. De plus, si la pluridisciplinarité est devenue une norme, il
est important qu’elle n’entraîne pas une standardisation. Effectivement, comme analysé
précédemment, le développement durable approprié en tant que paradigme impose des
Conclusion 195
réponses spécifiques à chaque situation et ne peut donc souffrir d’une standardisation des
démarches.
La modélisation thermique de l’environnement est elle au service de l’aménagement?
Malheureusement oui, dans la mauvais sens du terme. Les exemples étudiés dans ce tra-
vail ont permis de montrer que bien souvent l’expertise est mise au service de l’amé-
nagement. Conséquence directe de ce qui a été décrit précedemment, le rôle d’expert a
souvent une place floue et se contente trop souvent de légitimer des projets finalisés. Les
collaborations interprofessionnelles, bien que nombreuses, sont souvent non fructueuses.
Il faut comprendre l’origine de ces échecs, ce qui a été tenté dans ce travail, afin que les
prochaines initiatives portent leurs fruits et que les potentiels de toutes les professions
soient exploités.
Cette conclusion se terminera sur la remarque suivante. Dans la littérature un mot revient
souvent; innovation. Les projets et démarches d’aujourd’hui semblent avoir pour injonc-
tion d’être « innovants ». Pourquoi innover ? Pour faire mieux que ce qui a été fait jusqu’à
maintenant. Comment innover? En orientant la recherche et les pratiques car l’innovation
se fait en conjuguant recherche et opérationnel. Cependant, au vu de la difficulté constatée
jusqu’à maintenant pour faire collaborer différentes professions, imposer que cette colla-
boration soit en plus innovante semble illusoire. Il semble plus important de faire en sorte
que chaque profession exprime pleinement son potentiel. Une démarche plus pragmatique
voudrait donc une approche par la sobriété plutôt que par l’innovation.
196
La pluridisciplinarité dans la démarche de conception mise à l’épreuve par l’intromission
des expertises
8.
Calcul des facteurs de forme entre
polygones - Applications à la thermique
urbaine et aux études de confort
Arep et son bureau d’étude en modélisations numériques L’hypercube, dans lequel j’ai
donc travaillé à plusieurs reprise, participent régulièrement à la conférence annuelle de
l’International Building Performance Simulation Association (IBPSA). Lors de la confé-
rence de 2022, L’hypercube a pris l’initiative de présenter le travail réalisé pendant mon
stage de deuxième année de master. En effet, l’outil numérique que j’ai développé per-
met de mieux représenter le phénomène d’îlot de chaleur urbain et s’intègre facilement
au logiciel Energy+ qui est largement utilisé dans le domaine de la simulation thermique
dynamique.
Ces travaux ont donc donné lieu à un article de conférence présenté ci-après, ainsi qu’à
une bibliothèque Python en accès libre, essentiellement basée sur l’outil que j’ai déve-
loppé et accessible à l’adresse suivante : https://pypi.org/project/pyviewfactor/.
Conférence IBPSA France – Châlons en Champagne – 2022
- 1 -
Calcul des facteurs de forme entre polygones Application à la thermique
urbaine et aux études de confort
Mateusz Bogdan*1, Edouard Walther1, Marc Alecian2, Mina Chapon2
1 AREP L’hypercube,
16, avenue d’Ivry,
75013 PARIS.
*mateusz.bogdan@arep.fr
2 École Normale Supérieure - Paris Saclay,
4, avenue des Sciences,
91190 Gif-sur-Yvette.
SUMÉ. Il est possible d’améliorer la modélisation des échanges radiatifs en thermique du bâtiment et du calcul
de la température radiante pour l’évaluation du confort en utilisant les facteurs de forme de rayonnement. Leur
détermination n’est cependant pas immédiate, notamment concernant les échanges entre un individu et une paroi.
Dans ce travail, une méthode existante de calcul des facteurs de forme est exposée puis validée sur des cas
analytiques. Elle sert ensuite à créer des abaques de facteur de forme entre un individu et différentes parois. Une
application directe de la méthode est présentée, pour le calcul de confort en environnement urbain.
MOTS-CLÉS : facteur de forme, température radiante, python.
ABSTRACT. Accurate View Factor determination is both a key step for Mean Radiant Temperature (MRT)
assessments in the context of comfort studies, and a key point in improving Building Energy Simulation radiative
exchanges modelling. The determination is not straight forward, knowingly between an individual an its
surroundings. This work presents first a numerical procedure for View Factor computations that is validated against
analytical cases. Then some abacuses for an individual to a wall or a ceiling. Finally, an application of the presented
method is shown for comfort estimations in urban studies.
KEYWORDS : View Factor, Radiant Temperature, Python.
1. INTRODUCTION
La prise en compte des facteurs de forme (FF) dans la détermination des échanges radiatifs prend
toute son importance lors d’études thermiques liées aux effets d’îlot de chaleur urbain ou à des études
de confort faisant intervenir des modèles du métabolisme humain et requérant un calcul détaillé de la
température radiante moyenne (désignée dans la littérature anglophone par Mean Radiant Temperature
- MRT). Celle-ci est définie comme la température des parois d’une enceinte qui provoquerait le même
flux radiatif reçu que l’environnement réel. Pour des parois d’émissivité égale, on la calcule comme la
somme des contributions en grande et courte longueur d’onde :
=+

[]
Conférence IBPSA France – Châlons en Champagne – 2022
- 2 -
et sont respectivement le facteur de forme paroi-individu et la température de paroi et 
est le flux solaire absorbé par l’individu. On se concentrera ici sur les calculs en grande longueur d’onde.
Les modèles actuels de thermique du bâtiment considèrent la température moyenne radiante par des
approches simplifiées, généralement calculée comme une moyenne des températures d’air et de surface
ou comme un barycentre pondéré des surfaces des parois de la zone thermique (EnergyPlus 2020). À
condition de le connaître, il est possible dans certains outils de donner le facteur de forme entre l’individu
et la paroi pour obtenir la MRT. Il s’agit alors de déterminer la forme de l’individu et la valeur du FF
par rapport aux parois. Un état de l’art a été fait dans (Vorre 2015) et présente les méthodes
disponibles (abaques, splines, lancer de rayon) ainsi qu’une méthode de calcul du facteur de forme entre
un individu et une surface.
D’autre part, le développement des capacités de calcul, notamment la possibilité d’intégrer les
facteurs de forme de l’environnement urbain proche dans EnergyPlus (Luo 2020), ou la nécessité de les
calculer lorsqu’on souhaite déterminer le niveau de confort dans un environnement urbain, par exemple
avec l’approche de (Walther 2021) poussent vers le développement d’un outil de calcul numérique des
FF plus aisément accessible. Ainsi, la création d’un code de calcul permettant de déterminer de façon
rapide les FF entre surfaces planes polygonales a été entrepris.
De plus, les abaques disponibles donnant le facteur de forme entre un individu et une paroi sont peu
fournis et ne font pas référence à certaines situations usuellement rencontrées dans le bâtiment. Il y a
ainsi un intérêt à la fois pédagogique et technique pour les bureaux d’études à disposer d’abaques et un
intérêt pratique de pouvoir calculer automatiquement les facteurs de forme dans diverses configurations.
Dans la suite de ce travail, on présente d’abord les fondamentaux du calcul de facteur de forme, puis
une validation versus des solutions analytiques connues. Des abaques de FF individu-paroi sont ensuite
donnés et des applications sont présentées.
2. CALCUL DES FACTEURS DE FORME
L’approche repose sur les travaux de (Mazumder et Ravishankar 2012) et (Schmid 2016), et son
implémentation par (Alecian 2021). Cette approche considère les FF uniquement entre faces planes. Ce
choix est lié au format des géométries numériques, où les surfaces sont systématiquement discrétisées
en sous-surfaces planes. Le calcul repose sur un calcul d’intégrales de contours unitaires, plutôt que
surfaciques, grâce au théorème de Stokes et à un changement de variable. Les singularités inhérentes à
la méthode (e.g. le cas de polygones adjacents partageant un côté) sont traitées à l’aide de formules
analytiques, ou d’approches numériques selon les cas.
Conférence IBPSA France – Clons en Champagne 2022
- 3 -
2.1. CAS GENERAL
Lexpression la plus générique du facteur de forme entre deux surfaces et et donnée par lEq.
(1), où et représentent les surfaces élémentaires respectives, selon la Figure 1.
Figure 1 - Caractéristiques géométriques des surfaces élémentaires
,= 1
coscos()
(1)
Lutilisation du théorème de Stokes, qui permet de passer dune intégrale de surface à une intégrale
de contour permet de réduire cette expression à lEq. (2)
,= 1
2ln, (2)
Lidée clé de lapproche proposée dans (Mazumder et Ravishankar 2012) et de traiter des paires de
« bords » des surfaces planes, avec un changement de variable (Eq. 3), puis de considérer la
composition de la distance entre éléments de contour ,
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
selon lEq. (4), se ramenant ainsi à une
intégrale « simple » (logarithme de polynôme), bore entre 0 et 1 (voir Eq. (5)).
󰇫,
󰇍
󰇍
󰇍
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󰇍
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=,
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2.2. TRAITEMENT DES SINGULARITES
Deux types de singularités peuvent apparaître, du fait de la présence dune part du logarithme (Eq.
(2)), et d’autre part de lacomposition du vecteur émentaire (Eq. (4)). Ces singularis sont liées à la
présence de côtés partagés entre surfaces, tel que représenté sur la Fig. 2.
(a) (b)
Figure 2 - Singularités géométriques
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- 4 -
Le cas de la Fig. 2(a), où l’intégralité d’un côté est commun, peut être résolue à l’aide d’une formule
analytique issue de (Amrit et Venkateshan 1993), où la contribution du « bord partagé » est remplacée
dans la sommation de l’Eq. (5) par Eq. (6) :
 =
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
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󰇍
est la longueur du côté partagé.
Pour la seconde singularité (Fig. 2(b)), lorsque seule une fraction du bord est partagée, il est proposé
de séparer « virtuellement » les surfaces d’une distance infinitésimale (10 m), négligeable au vu des
échelles et niveaux de détails requis dans des études urbaines et/ou liées au bâtiment. La pertinence de
cette hypothèse est montrée dans la section suivante, avec une comparaison à une solution analytique.
2.3. REDUCTION DU NOMBRE DE CALCULS A TRAITER
Afin de réduire les temps de calcul lors du traitement d’une géométrie complexe, typiquement une
scène urbaine, trois stratégies différentes sont mises en œuvre :
- Détection a priori de la visibilité entre deux cellules (produit scalaire entre les normales et le
vecteur directeur reliant les centroïdes des cellules), adapté de (Schmid 2016),
- Détection des obstructions entre des cellules à l’aide d’un lancer de rayon, réalisée à l’aide de la
librairie Python PyVista (Sullivan et Kaszynski 2019),
- Enfin, lorsque la finalité de ces développements est liée à des études urbaines, des critères de
distances absolues entre cellules sont mis en œuvre (non développés ici), au-delà desquelles les
FF sont considérés comme négligeable (e.g. lorsque leur valeur est inférieure à 10).
Cette stratégie permet de réduire considérablement les temps de calcul, rendant possible la
détermination des FF pour une scène urbaine complète d’une dizaine de milliers de cellules (Figure 6)
en quelques minutes sur un ordinateur portable avec un langage interprété.
3. VALIDATION
Le code a ensuite été validé sur plusieurs cas analytiques, dont on ne présente qu’une sélection ci-
après. Les formules analytiques sont tirées de (Modest 2003), par souci de concision elles ne sont pas
reproduites ici.
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- 5 -
3.1. DEUX PLAQUES CARREES CO-AXIALES
Figure 3 - FF entre surfaces cares co-axiales (a) définition géométrique, (b) Comparaison
Analytique vs. Numérique pour H=1m et W2=8m
On constate une très bonne correspondance entre les formules analytiques et le calcul numérique
dintégration. Les erreurs absolues constatées ne sont significatives que pour /<10, cas qui
n’apparait que de façon anecdotique, et qui est aisément « résolu » lors du travail sur les géométries.
Dautres cas sont présentés ci-après (Figure 4) pour des dimensions probables dans le contexte urbain
d’étude dingénierie. Les concordances des résultats numériques versus analytique sont assurées.
Figure 4 - FF entre surfaces cares co-axiales, (a) comparaison Analytique (A) vs. Numérique (N)
pour H=1m, (b) Abaque adimensionnelle
3.2. DEUX RECTANGLES QUELCONQUES PERPENDICULAIRES
Figure 5 - FF entre surfaces quelconques perpendiculaires, (a) Définition Géométrique, (b)
Comparaison Analytique vs. Numérique pour une configuration.
×10
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- 6 -
Les erreurs absolues restent « constantes », entre 10 et 10, les par ordre d’importance au
arrondis « ométriques » inhérents aux outils de modélisation et à leur format d’exports, et dans une
moindre mesure aux erreurs d’intégration numériques.
4. ABAQUES POUR LE CALCUL DE TEMPERATURE RADIANTE MOYENNE
On présente ci-après des applications numériques sous formes dabaques entre un cylindre à base
octogonale représentant un mannequin humain et des parois, horizontales (i.e. un mur) et vertical (i.e.
un plafond). Dans lensemble des comparaisons qui suivent, le cylindre a une hauteur = 1,65 m et un
rayon de = 0.23 m (Vorre 2015). Les FF présentés sont calculés depuis la paroi vers le cylindre. Dans
ce cas, on peut utiliser la relation dadditivité des FF = . En
revanche la relation de réciprocité des FF ne sapplique plus avec la surface globale du cylindre.
Lorientation de loctogone a une influence marginale sur la valeur du calcul de facteur de forme.
Cas du cylindre versus une paroi verticale
Figure 6 - Abaques Cylindre vs. Mur, H=6m, (a) descriptionométrique, (b) abaque adimensionnelle
Cas du cylindre versus un plafond (calculs effectués pour = 1.45 m)
Figure 7 - Abaques Cylindre vs. Plafond carré, H=1.45m, (a) description géométrique, (b) abaque
adimensionnelle
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- 7 -
5. EXEMPLE DAPPLICATION A UN CALCUL EN ENVIRONNEMENT URBAIN
Les facteurs de forme calculés ont été intégrés dans le code de simulation thermique dynamique
EnergyPlus appliqué à la simulation des températures de surface extérieure de lenvironnement ti
(Walther 2021). Celle-ci a été réalie avec et sans facteurs de forme des parois environnantes, auquel
cas une valeur parfaut est prise (il sagit du coefficient de rayonnement linéari, pondéré par un
facteur de forme approc en fonction de linclinaison de la paroi, voir le détail p. 87 de (DOE 2020) ).
La Figure 8 (a) illustre le facteur de forme entre une facette de la scène et son environnement. Sur la
Figure 8 (b), on observe la différence de température de surface avec et sans FF, qui varie entre -4.9 et
+4.1 K et est plus marquée pour les surfaces proches des bâtiments.
(a) (b)
Figure 8 : Facteur de forme entre une facette au rez-de-chaussée d'un bâtiment (encade en rose)
et les facettes proches (a) et écart de température avec et sans prise en compte des facteurs de
forme à 12h le 31/7 (b).
Dans un second temps, le calcul de la température radiante est réalisé en post-traitement sur la même
scène. Cela a permis de montrer la pertinence de cette approche, avec des variations importantes de
MRT, notamment dans les espaces proches des bâtiments (voir Figure 9 (b)).
(a) (b)
Figure 9 : Facteur de forme entre un individu octogonal et son environnement proche (a) et
température radiante moyenne de lenvironnement urbain (b)
6. CONCLUSIONS & PERSPECTIVES
Dans ce travail, une méthode de calcul des facteurs de forme particulièrement adaptée aux surfaces
polygonales est exposée. Celle-ci a été validée sur des cas analytiques et des abaques donnant le facteur
de forme entre un individu cylindrique et différentes configurations de parois ont été produites.
Conférence IBPSA France – Clons en Champagne 2022
- 8 -
Les travaux à venir visent à produire des abaques complémentaires permettant de traiter plus de cas
liés aux études urbaines, notamment sur les facteurs de forme entre un individu et une scène urbaine
(sol, parois, ciel). La production automatisée de cartographies de MRT en intérieur est en cours au
moment de rédiger ces travaux (voir l’apeu ci-dessous).
Figure 10 : Travaux en cours Production automatisée de cartographies de temrature radiante en intérieur à
partir des facteurs de forme paroi-individu sur la zone d’occupation (ici la contribution dun mur vertical)
i
Le reformatage du code est également prévu afin de publier une librairie Python open-source pour la
diffusion plus large de la méthode. Dans ce cadre, la modification de lindividu sera aie, afin de
pouvoir prendre en compte d’autres dimensions (hauteur, diamètre, nombre de facettes) ou types de
solides (ovale ou parallélépide comme dans (Vorre 2015)). Lesveloppements seront disponibles
sur https://gitlab.com/arep-dev.
7. BIBLIOGRAPHIE
Alecian, Marc. «La pluridisciplinarité dans la démarche de conception mise à lépreuve par lintromission des
expertises : la modélisation thermique de lenvironnement urbain au service de laménagement ?»
Mémoire de Master, AREP L'hypercube, ENS Paris Saclay - Ecole d'Urbanisme de la ville de Paris -
Ecole des Ponts Paris Tech, Paris, 2021.
Amrit, Ambirajan, et S.P. Venkateshan. «Accurate determination of diffuse view factors between planar
surfaces.» International Journal of Heat and MAss Transfer 36, 8 (1993).
«Outside Surface Heat Balance.» Dans EnergyPlus Engineering Reference Version 9.4.0, de DOE. 2020.
EnergyPlus. «EnergyPlus Engineering Reference 9.4.» Chapter 19, 2020.
Luo, Hong and Tan. «Modeling thermal interactions between buildings in an urban context.» Energies, 2020.
Mazumder, Sandip, et Mahesh Ravishankar. «General procedure for calculation of diffuse view factors between
arbitrary planar polygons.» International Journal of Heat and Mass Transfer 55, 23-24 (2012): 7330
- 7335.
Modest, Michael. Radiative Heat Transfer. 2e. 2003.
Schmid, Quentin. Numerical radiative transfer using an immerse volume. Thèse de doctorat, MINES ParisTech,
Paris: PSL Research University, 2016.
Sullivan, Bane, et Alexander Kaszynski. «PyVista : 3D plotting and mesh analysis through a streamlined
interface for the Visualisation Toolkit (VTK).» Journal of Open Source Software 4, 37 (2019): 1450.
Vorre, Jensen, Le Dréau. «Radiation exchange between persons and surfaces for building energy simulations.»
Energy & Buildings, 2015: 101-121.
Walther, E. et Delmarre, C. et Huet, S. «Simulation of Outdoor Thermal Comfort: A Tweak with EnergyPlus.»
Building Simulation. Bruges, 2021.
View publication stats
206
Calcul des facteurs de forme entre polygones - Applications à la thermique urbaine et aux
études de confort
Bibliographie
A. MATZARAKIS, B. A. (2008). Physiological Equivalent Temperature as Indicator for
Impacts of Climate Change on Thermal Comfort of Humans, Chapter 9.
AHMED, R., & SHABRI, A. (2014). Daily crude oil price forecasting model using arima,
generalized autoregressive conditional heteroscedastic and Support Vector Ma-
chines. American Journal of Applied Sciences,11, 425-432. https://doi.org/10.
3844/ajassp.2014.425.432
B. IOOSS, P. L. (1994). A review on global sensitivity analysis methods.
BARLES, S. (2011). « Les villes transformées par la santé, XVIIIe-XXe siècles ». https:
//doi.org/10.3917/seve.033.0031
BÉAL, V., GAUTHIER, M., & PINSON, G. (2011). Le développement durable changera-t-
il la ville? Le regard des sciences sociales.
BENDJADOR, Y. (2007). Les agences d’urbanisme en France métropolitaine : des outils
évolutifs? (Theses). Université François Rabelais - Tours. https://tel.archives-
ouvertes.fr/tel-00235072
BIHAM, O., MIDDLETON, A. A., & LEVINE, D. (1992). Self-organization and a dyna-
mical transition in traffic-flow models. Phys. Rev. A,46, R6124-R6127. https :
//doi.org/10.1103/PhysRevA.46.R6124
BURSTEDDE, C., KLAUCK, K., SCHADSCHNEIDER, A., & ZITTARTZ, J. (2001). Simula-
tion of pedestrian dynamics using a two-dimensional cellular automaton. Physica
A : Statistical Mechanics and its Applications,295, 507-525. https://doi.org/10.
1016/S0378-4371(01)00141-8
CALVET LUCIE, F. M. (2012). Consommation de carburant : effets des prix à court et à
long terme par type de population. Economie et Statistique, (446), 25-44.
CGDD. (2017). Analyse Coûts Bénéfices des Véhicules électriques. Ministère de la Tran-
sition Ecologique et Solidaire.
CLAUDE, V., & SAUNIER, P.-Y. (1999). L’urbanisme au début du siècle. De la réforme
urbaine à la compétence technique. https://doi.org/10.3406/xxs.1999.3889
DURANEL, G. (2020). Le rôle de mandataire donné aux architectes dans la consultation de
2008 sur le Grand Paris : quels effets sur les collaborations interprofessionnelles?
https://doi.org/https://doi.org/10.4000/craup.6011
EnergyPlus™ Version 8.8.0 Documentation, Input Output Reference. (2017). United
States Department of Energy.
208 Bibliographie
E.WALTHER. (s. d.-a). Indicateurs de Confort.https : / / lhypercube . arep . fr / confort /
indicateurs-de-confort
E.WALTHER. (s. d.-b). Méthodes Numériques - Analyse de sensibilité.https://lhypercube.
arep.fr/methodes-numeriques/analyse-de-sensibilite/
F. CAMPOLONGO, J. C., A. Saltelli. (2011). From screening to quantitative sensitivity
analysis. A unified approach.
FRIOUX, S. (2009). Les réseaux de la modernité. Amélioration de l’environnement et
diffusion de l’innovation dans la France urbaine (fin XIXe siècle - années 1950)
(Theses). Université Lumière - Lyon II. https : / / tel . archives - ouvertes . fr / tel -
00447952
FRIOUX, S. (2017). TSM : Technique sanitaire et mémoire(s). Techniques Sciences et
Méthodes,7/8(1), 11-13.
GAUDIN, J.-P. (1987). «A l’avance, avec méthode» Savoirs, savoir-faire et mouvement de
professionnalisation dans l’urbanisme au début du siècle. https://doi.org/10.3406/
sotra.1987.2362
HELBING, D. (2001). Traffic and related self-driven many-particle systems. Reviews of
Modern Physics,73(4), 1067-1141. https://doi.org/10.1103/revmodphys.73.1067
HELBING, D., & MOLNÁR, P. (1995). Social force model for pedestrian dynamics. Phys.
Rev. E,51, 4282-4286. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.51.4282
HERGOTT, E. (2021). Nous interrogeons chaque projet afin d’obtenir la réponse la plus
vertueuse. Le Moniteur.
KIRCHNER, A., & SCHADSCHNEIDER, A. (2002). Simulation of evacuation processes
using a bionics-inspired cellular automaton model for pedestrian dynamics. Phy-
sica A : Statistical Mechanics and its Applications,312(1), 260-276. https://doi.
org/https://doi.org/10.1016/S0378-4371(02)00857-9
LINOSSIER, R. (2014). Le conseil en stratégies et projets urbains : un marché atypique.
http://journals.openedition.org/pmp/4733
MAURY, B. (2011). Modélisation de mouvements de foules. Images des Mathématiques.
http://images.math.cnrs.fr/Modelisation-de-mouvements-de-foules
MOLINA, G. (2012). Lutte contre le changement climatique : les acteurs de l’aménage-
ment entre coopération, reconversion et concurrence.
MORRIS, M. D. (1991). Factorial Sampling Plans for Preliminary Computational Expe-
riments, Technometrics, Vol. 33, No. 2., pp. 161-174.
Bibliographie 209
NAGEL, K., & SCHRECKENBERG, M. (1992). A cellular automaton model for freeway
traffic. Journal de Physique I,2(12), 2221-2229. https://doi.org/10.1051/jp1:
1992277
NEZ, H. (2012). Nature et légitimités des savoirs citoyens dans l’urbanisme participatif.
http://journals.openedition.org/sociologie/1098
PATEL, A. (2019). https://www.redblobgames.com/grids/line-drawing.html#interpolation
PECOL, P. (2011). 2D discrete modeling of crowd movements : application to emergency
evacuations of civil engineering structures and to crowd-footbridge interaction
(Theses 2011PEST1109). Université Paris-Est. https://pastel.archives-ouvertes.fr/
pastel-00674774
PINSON, G., BÉAL, V., & GAUTHIER, M. (2011). Introduction. Le développement du-
rable et les sciences sociales de l’urbain. In V. BÉAL, M. GAUTHIER & G. PINSON
(Éd.), Le développement durable changera-t-il la ville? Le regard des sciences
sociales. Publications de l’Université de Saint-Etienne. https://halshs.archives-
ouvertes.fr/halshs-01141514
PLÖTZ, P. (2014). How to estimate the probability of rare long-distance trips (Working
Papers "Sustainability and Innovation" S1/2014). Fraunhofer Institute for Systems
et Innovation Research (ISI). https://ideas.repec.org/p/zbw/fisisi/s12014.html
PLÖTZ, P., JAKOBSSON, N., & SPREI, F. (2017). On the distribution of individual daily
driving distances. Transportation Research Part B : Methodological,101, 213-
227. https://doi.org/10.1016/j.trb.2017.04.008
POUSSOU, J.-P. (1992). La croissance des villes au XIXe siècle. SEDES.
PRÉVOT, M., BENTAYOU, G., CHATELAN, O., DESAGE, F., GARDON, S., LINOSSIER,
R., & MEILLERAND MARIE-CLOTILDE ET VERDEIL, E. (2008). Les agences
d’urbanisme en France. https://doi.org/https://doi.org/10.4000/metropoles.2322
QUERRIEN, A. (2006). Viviane Claude, Faire la ville. Les métiers de l’urbanisme au XXe
siècle, Collection Eupalinos, 2006. https://www.persee.fr/doc/aru_0180-930x_
2006_num_101_1_2684_t1_0162_0000_1
RAMAU. (2001). Interprofessionnalité et action collective dans les métiers de la concep-
tion urbaine et architecturale. Édition de la Villette.
REDA, F. (2017). Crowd motion modelisation under some constraints (thèse de doct.).
SCHALBART, B. P. A. M. P. P. (2018). Comprehensive assessment of sensitivity analysis
methods for the identification of influential factors in building life cycle assess-
ment.
210 Bibliographie
SCHRECKENBERG, M., SCHADSCHNEIDER, A., NAGEL, K., & ITO, N. (1995). Discrete
stochastic models for traffic flow. Phys. Rev. E,51, 2939-2949. https://doi.org/10.
1103/PhysRevE.51.2939
TINZ, B. (2011). Comparison of UTCI to selected thermal indices.
TOZZI, P. (2015). Enjeux participatifs dans l’adaptation urbaine durable. https://doi.org/
https://doi.org/10.4000/soe.1128
TRIBOUT, S. (2015). Les concepteurs en agence d’architecture, d’urbanisme et de pay-
sage à l’épreuve du développement durable (thèse de doct.) [2015PA100114].
http://www.theses.fr/2015PA100114/document
WEIDMANN, U. (1992-01). Transporttechnik der Fussgänger. Transporttechnische Ei-
genschaften des Fussgängerverkehrs, Literaturauswertung (rapp. tech.). Zü-
rich, Institut für Verkehrsplanung, Transporttechnik, Strassen- und Eisenbahnbau
(IVT), ETH Zürich. https://doi.org/10.3929/ethz-a-000687810
WINDISCH, E. (2013). Driving electric? A financial analysis of electric vehicle policies
in France.
WOLOSZYN, J. G. M. (2018). RBD-FAST : une méthode d’analyse de sensibilité rapide
et rigoureuse pour la garantie de performance énergétique.